专利名称：多功能球球碰撞试验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及普通物理和理论力学教学与实验研究的仪器，特 别是有关能量、碰撞方面的实验仪器。
技术背景
力、运动、能量守恒与转换、碰撞等是大学物理和理论力学的重 要教学内容，如何提高这部分内容的教学质量一直是教师所关注的。 虽然查阅了大量资料，但都不能满足教学实验的需要，有的过于简单， 精度很差；有的实验内容单调，不能达到实验目的。 发明内容
本实用新型的目的是提供一种多功能球球碰撞试验仪，实验内容 广、精度高、操作简单、直观。
本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是多功能球球碰 撞试验仪，底盘上固定有拉线柱和球位能柱移动支架，球位能柱移动 支架上滑动装有球位能柱，球位能柱上装有球位能柱座，被击球支架 上装有球托，引入电源插座接通球位能柱，底板上还装有记录纸。
所述底盘为底板四周带有裙边，底部带有支腿。
所述拉线柱由两个柱子和两个短柱方块组成，两个柱子中一个是 光柱，另一个是带有导向槽和用来测高度的标尺，在每个柱子顶端都 有一个短柱方块，每个短柱方块上有两个短柱，短柱外有一出线柱， 短柱内有一绕线轮，头部有盖，盖内有一润滑片。
所述球位能柱是由一个具有导向槽和用来测量高度标尺的柱子
上滑动装有一个长方形滑块组成，球位能柱安装在球位能柱移动支架 上，长方形滑块中有两个圆槽， 一个圆槽中装着电磁铁，另一个圆槽 中装着微型插座，通过微型插座接通电源插座。
所述被击球支架主要由上球托、拉簧、下球托、横梁、梁柱连接 方块、紧定螺钉、测高尺、紧定手轮等组成，下球托连接拉簧和横梁， 横梁插到梁柱连接方块孔中，由紧定螺钉固定；梁柱连接方块滑动套 装在有高度标尺和导向槽的拉线柱上。
所述电源插座有两个微型插座， 一个通过插头和外接电源相接， 另一个通过插头和电磁铁的微型插座相连。在两个插座中间接入一个 开关，控制给电磁铁线圈供电。
所述压纸板为一弹性钢板一端通过绞链和底板连接，另一端是为 带有活套的绞链和底板连接，压纸板上装有记录纸。
所述底板上装有用来调整底盘水平的水平对中针。
所述底板上放置有测距尺或角尺。
本实用新型主要实验内容是通过球球碰撞，来研究能量转换、守 恒及抛物运动等问题。多功能球球碰撞试验仪是适用于大学普通物理 和理论力学教学与实验研究的仪器。如动、势能能量转换与守恒实验、 物体碰撞中的弹性碰撞与非弹性碰撞实验、能量转换过程中能量损失 的测试实验、物体平抛抛物线的制作实验等多种实验。本实验仪器操 作简单、实验内容多、直观性强、易加深学生对理论和概念的理解， 提高了学生们的学习兴趣。
图1为本实用新型结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为拉线柱结构示意图。
图4为球位能柱结构示意图。
图5为被击球支架结构示意图。
图6为球位能柱移动支架结构示意图。
图7为角尺结构示意图。
具体实施方式
如图l、 2所示的多功能球球碰撞试验仪，底盘4上固定有拉线 柱2和球位能柱移动支架7，底盘4是由底板、围在四周的群边及支 腿5组成，j^板是用来盛载所有部件的，也是完成球碰撞实验的主要 场所；底板4上还装有记录纸，记录纸由压纸板13压住.，上面装有 测距尺10。如图6所示球位能柱移动支架上滑动装有球位能柱1，球 位能柱移动支架是用来移动球位能柱的。当要改变位能球9 (也可称 为主击球)的位能时，就要滑动长方形滑块，来改变电磁铁的高度。 电磁铁的高度改变了，实际上就是改变了位能球的位能，但也改变了 电磁铁铁芯和位能球之间的距离(吊小球的细绳长度不改变)，这时 只有左右移动球位能柱，调整位能球和磁芯的距离，使位能球和电磁 铁磁芯正好吸在一起。球位能柱移动支架主要由以下部分组成手轮 27、轴支架28、球位能柱座6、光轴29、移动嫘杆30。它的运作过 程是:转动手轮带动移动螺杆转动，再带动球位能柱座沿着光轴移动，
最后完成了球位能柱移动任务。如图3所示拉线柱由两个柱子和两个 短柱方块组成。两个柱子其中一个是光柱，另一个是带有导向槽和用 来测高度的标尺。在每个柱子顶端都有一个短柱方块20，每个短柱 方块上有两个短柱18，短柱外有一出线柱21，短柱内有一绕线轮19， 头部有盖16，盖内有一润滑片17。球位能柱上装有球位能柱座6， 引入电源插座24接通球位能柱电磁铁23，球位能柱是由一个具有导 向槽和用来测量高度标尺25的柱子及一个长方形滑块22组成。它可 滑动安装在球位能柱移动架7上，滑块沿着柱子可上下滑动，来改变
被电磁铁吸引的小球(图4中点划线表示不同直径的球)所具有的位 能，在长方形滑块中有两个圆槽， 一个圆槽中装着电磁铁，另一个圆 槽中装着微型电源插座24，通过微型插座来给电磁铁供电。当供电 时小球被吸引在球托26上，断电时小球自由落下。在滑块下边有一 小刻度尺，可称之为测高尺25，即测小球高度的尺。尺上有测不同 直径小球高度的刻度，也就是说在不同的位置刻有代表不同直径小球 高度的刻度，用不同直径小球作碰撞实验时，就用和它相对应的刻度 测小球的高度。为了更好吸地拄小球，电磁铁除有吸引小球的铁心外， 在外环还设计了磁轭，铁芯、小球、磁轭形成封闭的磁回路，减少磁 阻，争加对小球吸力。被击球支架15如图5所示由以下几部分组成 上球托31、拉簧32、下球托33、横梁34、梁柱连接方块35及紧定 螺钉、测高尺、紧定手轮等组成。上球托31是用来停放被击球的， 拉黉32是用来击球时减少震动的；下球托33是用来连接拉簧和横梁 的；横梁34插到梁柱连接方块孔35中，当横梁的位置调好后用紧定 螺钉固定；梁柱连接块被套在有高度标尺和导向槽的拉线柱2上，它 可沿着拉线柱上下滑动，也可以拉线柱为周转动。当作吊在空中梁小 球碰撞实验时，可松动螺钉抽出横梁，或松动手轮将被击球支架转 90度，腾空被击球下方的位置，以便完成同时吊在空中的两个小球 碰撞实验。在梁柱连接块上有一测高尺，是用来測被击球高度的，测 高尺上有一些刻度，每一刻度对应一个不同直径的球。如用测高尺上 的某一刻度对准拉线柱上标尺的某一刻度，标尺上的这一刻度就是被 击球的高度。
弓l入电源插座8，为了方便给电磁铁线圈供电，引入电源插座。 这个电源插座有两个微型插座， 一个通过插头和外接电源相接，另一 个通过插头和电磁铁的微型插座相连。在两个插座中间接入一个开关 14，控制给电磁铁线圈供电。
如图7所示的角尺11，为弧度尺带有弧形刻度36，当两球碰撞 被击球是被吊在空中时，被击球会沿着弧线向上飞起，最终被击球能
飞多高，实验要求必须较准确测出。具体操作是将角尺右端和被击
球拉线在底盘上的投影线对齐，使尺面和球飞行面平行并尽量靠近， 当被击球飞起时，球尾针会扫过角尺上的角刻度，这时记下球尾针扫 过的最高角度，当已知被击球扫过的角度和被击球飞行半径后，就可 求得被击球飞行的最高高度。
压纸板13是一弹性钢板，右端是通过绞链和底板连接，左端是
一个带有一活套的绞链和底板连接。具体操作是把钢板从右端掀起， 摆好复印纸和记录纸(三张纸，上下为白记录纸，中间为记录纸)后 压下弹簧钢板，并将钢板套在绞链的活套里，这时就可作实验了。减
震板12采用软性塑料板，用来减轻被击球撞击底盘产生的震动和再 次跳起得次数。如前所述，水平对中针3来调整底盘水平。测距尺 10使用来测被击球着落点到支球中心点距离的，也就是用来测被击 球被击出的距离的。
实验举例一、球球碰撞恢复系数及机械能的损耗。
乙知位能球直径44cm, 质量=011; 被击球直径44cm， 质 量,，且m产iib，位能球高h产29cm， 被击球高h2=8. 5cm 。高度差 △ h= h卜ht29-8. 5二20. 5cm。
实验将被击球放在球支架的球托上，调被击球的高度正好是10cm; 调位能球的吊绳，使位能球正好处于被击球的一个水平线上和一个中
心线上；调位能柱上的滑块，使位能球的高度正好是27cm.，并右移 位能球支架，合上但磁铁线圈供电开关，将位能球吸在铁芯的下端； 调小球吊绳，使其松紧合适。这时断开供电开关，小球会自动落下撞 击被击球，如有不合适的地方可再微调直到合适为止。 实验结果被击球被击出S-20. 5cm。
求碰撞恢复系数K。根据定义K=U/ " U:碰撞后被击球的平 抛速度，"碰撞前位能球水平速度，根据能量守恒定律有
<formula>formula see original document page 9</formula>K=2.004495米/秒。下边求被击球飞
行对间设被击球飞行的时间为t，同时t也是被击球离开球托到底 盘的自由降落时间，根据由自由落体公式:h产1/2gt2得t=(2Xh2/gr, 带入数据得t=0. 1317秒，由实验可知在0.1317秒内被击球水平飞 出的距离是20.5cm，即实际飞行的速度应为 u=0. 205/0.1317=1. 55657米/秒，固
恢复系数<formula>formula see original document page 9</formula>. 从恢复系数可看出碰
撞为非完全弹性撞。
能量损失<formula>formula see original document page 9</formula>焦耳。
能量转换效率H=1.556572/2.0044952=60.3%.为了减少实验误
差必须注意一点调节两球相撞的位置时， 一定使两球处于同一水平 线上，并保持吊绳长度不便。
实验举例二、采用两球同时吊在空中碰撞的方法，测两球碰撞时
能量转换效率。
被击球高h产10cm. 位能球高h^20cm. 两球位差 Ah=h2—h产10cm.
具体实验1、调好两球高度(通过球支架和球位能柱)，2、调 好两球相撞时都处于同一水平，3、摆好角尺4、合电源吸住位能球 并调好球位能柱位置，5、断电源两球碰撞，观测被击球尾针在角尺 上对应的角度，设被击球飞起的高度为h,经三次碰撞测得尾针扫开 的平均角度为69. 5度，经计算h二6.5c迈.
能量转换效率<formula>formula see original document page 9</formula>
权利要求1、多功能球球碰撞试验仪，其特征是底盘(4)上固定有拉线柱(2)和球位能柱移动支架(7)，球位能柱移动支架上滑动装有球位能柱(1)，球位能柱上装有球位能柱座(6)，被击球支架(15)上装有球托(9)，引入电源插座(8)接通球位能柱，底板上还装有记录纸。
2、 根据权利要求1所述的多功能球球碰撞试验仪，其特征是 底盘(4)为底板四周带有裙边，底部带有支腿(5)。
3、 根据权利要求1所述的多功能球球碰撞试验仪，其特征是 拉线柱(2)由两个柱子和两个短柱方块(20)组成，两个柱子中一 个是光柱，另一个是带有导向槽和用来测高度的标尺，在每个柱子顶 端都有一个短柱方块，每个短柱方块上有两个短柱(18),短柱外有 —出线柱(21)，短柱内有一绕线轮(19)，头部有盖(16)，盖内有 一润滑片(17)。
4、 根据权利要求1所述的多功能球球碰撞试验仪，其特征是球位能柱(1)是由一个具有导向槽和用来测量高度标尺的柱子上滑动装有一个长方形滑块(22)组成，球位能柱安装在球位能柱移动支 架上，长方形滑块中有两个圆槽， 一个圆槽中装着电磁铁(23)，另 一个圆槽中装着微型插座(24)，通过微型插座接通电源插座。
5、 根据权利要求1所述的多功能球球碰撞试验仪，其特征是被击球支架(15)主要由上球托(31)、拉簧(32)、下球托(33)、 横梁(34)、梁柱连接方块(35)组成，下球托连接拉簧和横梁，横 梁插到梁柱连接方块孔中，由紧定螺钉固定；梁柱连接方块滑动套装 在有高度标尺和导向槽的拉线柱上。
6、 根据权利要求1所述的多功能球球碰撞试验仪，其特征是 电源插座(8)有两个微型插座， 一个通过插头和外接电源相接，另 一个通过插头和电磁铁的微型插座相连，在两个插座中间接入一个开 关(14)，控制给电磁铁线圈供电。
7、 根据权利要求1所述的多功能球球碰撞试验仪，其特征是 压纸板(13)为一弹性钢板一端通过绞链和底板连接，另一端是为带 有活套的绞链和底板连接，压纸板上装有记录纸。
8、 根据权利要求1所述的多功能球球碰撞试验仪，其特征是底板上装有用来调整底盘水平的水平对中针(3)。
9、 根据权利要求1所述的多功能球球碰撞试验仪，其特征是 底板上放置有测距尺(10)或角尺(11)。
专利摘要本实用新型涉及教学仪器，多功能球球碰撞试验仪，底盘上固定有拉线柱和球位能柱移动支架，球位能柱移动支架上滑动装有球位能柱，球位能柱上装有球位能柱座，被击球支架上装有球托，引入电源插座接通球位能柱，底板上还装有记录纸。本实用新型是适用于大学普通物理、理论力学的教学实验仪器，主要实验内容是通过球球碰撞，来研究能量转换、守恒及抛物运动等问题。本仪器操作简单、实验内容多、直观性强，提高了学生理解力和学习兴趣。
文档编号G09B23/00GK201057573SQ20072014233
公开日2008年5月7日 申请日期2007年3月28日 优先权日2006年11月26日
发明者刘志升, 史维东, 朋 徐, 李学慧, 李艳琴 申请人:大连大学