专利名称：动力学实验快速演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及物理教学中的动力学实验仪器。
现行的动力学实验仪器比较多，常用的有“用斜面小车配合打点计时器”和“用气垫导轨配合数字计时器”。用这些仪器做学生的分组实验是可行的，但用这些仪器做演示实验就不太合适。因为用这些仪器做实验，必须用较长的时间去进行细致而又复杂的物理量的测量和数据计算，但在内容多、课时少的快节奏中专物理教学中，课堂上的演示实验，所用时间又不宜太长。
本实用新型旨在解决上述矛盾，在确保实验效果的前提下，缩短实验时间，提高实验效率，加强实验教学。
以下结合附图
对本实用新型上述目的的达到作出说明。
本实用新型是用两端系有砝码2的两根细线3，通过四组定滑轮4来提供相互作用力，把两只放在水平玻璃板5上的小车1，连结成的一个实验装置。
本实用新型的演示方法十分简单，首先将两只小车用手拉开停靠在底座6两端的挡板7处，接着两手同时自由释放小车(手对小车没有力的作用)，两车相向运动，最后两车相遇，接触而上的尼纶扣8把两车紧紧粘合在一起。每演示一次，不到一分钟。
按上述方法演示，两车相向运动的全过程有如下特点(1)两车被释放后都是作初速度为零的匀加速运动。两车相遇时都是作急剧的减速运动。后者的时间和位移极短，可以略去不计，即全过程的时间和位移，可以看成是前者的时间和位移。
(2)两车运动的时间相同t1＝t2由(1)、(2)可知S1=12a1t12]]>S2=12a2t22]]>...a1a2=S1S2]]>由上式可知，两车加速度之比，可以通过计算两车位移之比求得。
(3)两车所受的相互作用力大小相等T1＝T2。
(4)若两车的质量相等，则两车所受的滚动摩擦力大小相等，方向相反。对两车构成的系统而言，其合外力为零。
以上特点使实验的定量分析十分简便。
下面介绍几个演示实验。
(一)关于“动量守恒”将两车构成的系统作为研究对象；提供系统所受的合外力为零或不为零的条件；通过增加砝码2来增大系统的内力；观察系统的初状态(释放小车时)和末状态(两车相遇时)的速度为零或不为零，即可得知系统的总动量为零或不为零。
(1)两车质量相等，所受的摩擦力大小相等，系统所受的合外力为零，系统的总动量应该守恒。观察到的现象是初状态系统的速度为零，系统的总动量为零；末状态系统丝不动，系统的速度也为零，系统的总动量仍为零。初来状态系统的总动量都为零，系统的动量是守恒的。
(2)两车质量相等，但所受的摩擦力不相等(将一只小车上的摩擦片，从车内后方的矩形方孔11中放入，并接触玻璃板，增大该车的摩擦力)系统所受的合外力不为零，系统的总动量应该不守恒。观察到的现象是初状态总动量为零，末状态系统要向摩擦力较大的一方滑动一下，表明系统末状态的总动量不为零，系统的总动量确实不守恒。
(3)在(2)的基础上，增大砝码2的质量，提供相互作用力(内力)远大于系统所受的合外力的条件再演示，系统的末状态几乎又是一丝不动，表明系统末状态的总动量接近为零。系统的总动量近似守恒。
至此，关于“物体”和“系统”，“内力”和“外力”，“动量守恒”和“动量守恒的条件”等概念和规律，通过实验演示看得清清楚楚。
(二)关于“牛顿第二定律”分别以两车作为研究对象。用弹簧秤称出小车的重量，得出其质量，目测标尺9上两小车的位移之比，即可得出两小车的加速度之比。
(1)若m1＝m2，F1＝F2，则a1＝a2。
演示方法两车质量相等m1－m2(用弹簧秤称一下两车的重量)两车所受的合外力是相等的F1＝F2(因为T1＝T2，f1＝f2，而F1＝T1－f1，T2＝F2－f2)。
实验结果，S1＝S2，所以a1＝a2。
(2)若F1＝F2， 演示方法 F1＝F2可用增大砝码2来近似满足(因为f1－f2很小，而T1＝T2，F1＝T1－f1，F2＝T2－f2，所以F1－F2) ...a1a2=m2m1]]>(3)若m1＝m2， 演示方法已知m1＝m2
调节F1＝2F2，其方法是第一步测出小车的摩擦力f用挂有钩码的细线通过底座一端挡板上的定滑轮10沿水平方向牵引粘合在一起的两只小车作匀速运动(目测)那么一只小车所受的摩擦力就等于钩码重量的一半。
第二步用砝码2的重量T减去小车所受的摩擦力f，得出每只小车所受的合外力F，即F＝T－f第三步用重等于F的钩码通过定滑轮10沿水平方向牵引另一端的小车，那么另一端的小车m1所受的合外力F1＝2F，即F1＝2F2。
F1＝2F2之所以可以这样调节，有两个依据一是小车的质量远大于砝码2和钩码的质量，那么砝码和钩码的重量可以认为就是各自细线的拉力。一是砝码2和通过滑轮10牵引小车的钩码，都是加速下降，其失重的影响互相抵消。
...a1a2=F1F2]]>总结上述三种情况得出 (三)关于“牛顿第三定律”两车通过细线的相互作用力就是一对作用力和反作用力，用它可以演示牛顿第三定律是可想而知的。
(1)释放甲车，乙车拉着甲车运动；释放乙车，甲车拉着乙车运动；同时释放两车，两车同时互拉相向运动，且各自的动量发生变化。
这一演示，可以帮助学生纠正“力的作用是单方面的”的错误认识，使学生认识到，两个物体的力的作用总是相互的；可以帮助学生纠正“先有作用力后有反作用力”的错误认识，认识到作用力和反作用力是同时出现的，没有先后之分；可以帮助学生纠正“相互作用力因大小相等、方向相反而彼此平衡”的错误认识，从而区别相互作用力与平衡力的概念。
(2)当两车质量相等，但两车上的砝码2不相等时，学生一般都会认为砝码2较轻的小车的位移大，从而导致得出相互作用力不相等的错误结论。实验证明，此种情况下两车的位移仍然相等，从而确认相互作用力在任何情况下都是大小相等的结论。
以上一系列实验表明本实用新型可以十分清晰而又准确地演示多个动力学实验，其演示速度之快，是其它现有的同类用途的仪器无法比拟的，它确实是提高实验效率，加快教学节奏，加强物理实验教学难得的好教具。
权利要求1.一种动力学实验快速演示仪，它的特征在于是用两端系有砝码2的两根细线3，通过四组定滑轮4提供相互作用力，把两只放在水平玻璃板5的小车1连结成的一个实验装置。
专利摘要动力学实验快速演示仪是一种物理实验仪器。它是用两端系有砝码2的两根细线3，通过四组定滑轮4来提供相互作用力，把两只放在水平玻璃板5上的小车1连结成的实验装置。用它可以十分清晰而又准确地演示《动量守恒定律》、《牛顿第二定律》和《牛顿第三定律》，是提高实验效率，加快教学节奏，加强物理实验教学难得的好教具。
文档编号G09B23/00GK2247844SQ9523748
公开日1997年2月19日 申请日期1995年8月28日 优先权日1995年8月28日
发明者刘赐兰 申请人:刘赐兰