一种动量守恒能量转化实验装置的制作方法

本申请涉及物理实验领域，尤其涉及一种动量守恒能量转化实验装置。

背景技术：

物理教学过程往往存在一些比较抽象的事物，比如动量的守恒、能量的转化教学，为了使学生能够更好的理解动量的守恒和能量转化转移，不少教师绞尽脑汁，制作了许多实验教具，通过实验使学生理解动量守恒定律。

动量守恒能量转化实验装置是物理教学中常用的验证动量守恒的装置，物理学上动量守恒定律的内容是：一个系统不受外力或所受合力之和为零，这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。现有的动量守恒能量转化实验装置一般为两个小车以及打点计时器等，通过打点计时器测量两个小车碰撞时的速度来计算两个小车实现碰撞过程的动量守恒能量转化。

然后，现有的教学仪器单一，无法使学生从多方面理解动量守恒定律。

技术实现要素：

本申请提供了一种动量守恒能量转化实验装置，以现有教学仪器单一，无法使学生从多方面理解动量守恒定律的问题。

第一方面，一种动量守恒能量转化实验装置，包括：第一实验平台、第二实验平台、角度调节组件、第一滑块及第二滑块；

所述角度调节组件包括第一固定板、第二固定板和转轴，所述第一固定板和第二固定板通过所述转轴连接，所述第一固定板固定所述第一实验台，所述第二固定板固定所述第二实验台，所述第一实验台和第二实验台沿转轴转动呈0-180度夹角；

所述第一滑块和第二滑块内设置速度传感器、通信组件和供电电源，所述供电电源分别电连接至所述速度传感器和通信组件，所述速度传感器和通信组件电连接；

远离所述转轴的所述第一实验台和/或第二实验台的一端设置推动发射组件；

所述第一滑块和第二滑块上分别设置有多个与不同重量砝码大小相匹配的砝码孔，所述砝码孔上还卡固有固定夹。

本申请实施例提供的动量守恒能量转化实验装置中，可以将第一实验平台和第二实验平台水平放置或者一个倾斜另一个水平，从而可以验证水平面上动量守恒定律以及，重力势能和动能之间的转化。通过设置在滑块中的速度传感器感应速度数据，使验证结果更精确。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种动量守恒转化实验装置结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种角度调节组件结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种固定夹结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种推动发射组件结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种动量守恒转化实验装置的使用示意图；

图6为本申请实施例提供的一种伸缩杆固定示意图；

图7为本申请实施例提供的一种伸缩杆结构示意图；

图中符号表示：

1-第一实验平台，2-第二实验平台，3-推动发射组件，31-弹簧套筒，32-弹簧，33-推动滑块，34-止动阀门，4-第一滑块，5-第二滑块，6-速度传感器，7-通信组件，8-伸缩杆，81-旋转轴，82-母伸缩杆，83-子伸缩杆，9-供电电源，10-光滑材料层，11-转轴，12-砝码孔，13-固定夹，14-固定凹槽。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

参见图1，为本申请实施例提供的一种动量守恒转化实验装置结构示意图。

如图1所示，动量守恒转化实验装置包括第一实验平台1、第二实验平台2、角度调节组件、第一滑块4及第二滑块5。

第一实验平台1和第二实验平台2通过角度调节组件连接，其中，角度调节组件包括第一固定板和第二固定板(未示出)，第一实验平台1固定在第一固定板上，第二实验平台2固定在第二固定板上。进一步的，参见图2，为本申请实施例提供的一种角度调节组件结构示意图，如图中所述，第一固定板嵌入第一实验平台1，以及第二固定板嵌入第二实验平台2上，由于第一固定板和第二固定板可绕着转轴11旋转，所以，第一实验平台1和第二实验平台2可绕着转轴11旋转，从而使第一实验平台1和第二实验平台2呈0-180度夹角，图1所示的第一实验平台1和第二实验平台2之间呈180度。

在第一实验平台1和第二实验平台2之间转轴之间不够平滑，因此，为了实现第一实验平台1和第二实验平台2之间的平滑过度，在第一实验平台1和第二实验平台2的上表面设置光滑材料层10，第一滑块4和第二滑块5放置在第一实验平台1和第二实验平台2形成的实验台上，光滑材料层10可减少第一滑块4和第二滑块5与实验台表面的摩擦，从而增加实验的精度。

另外，为了减少第一实验平台1和第二实验平台2之间不平滑导致的对实验的影响，在验证动量守恒过程中，可避开第一滑块4和第二滑块5的平滑过度处，在平滑过度处之外的其他地方碰撞。

在动量守恒能量转化实验中，第一滑块4和第二滑块5的碰撞过程在实验台上完成。由于在第一滑块4和第二滑块5碰撞过程中，第一滑块4和第二滑块5的速度会发生变化，根据第一滑块4和第二滑块5碰撞前后速度的变化验证动量守恒能量转化，因此，需要实时监测第一滑块4和第二滑块5在碰撞前后的速度。

所以，本申请实施例中，在第一滑块4和第二滑块5中均设置速度传感器6、通信组件7和供电电源9，其中，供电电源9为速度传感器6和通信组件7供电，速度传感器6和通信组件7电连接。速度传感器6可实时感应第一滑块4和第二滑块5的速度，并将速度数据通过通信组件7发送给移动终端或数据分析组件。其中，通信组件7设置为蓝牙或wifi组件，速度传感器6设置为微秒或纳秒级别的速度传感器，使感应到的速度更准确。

第一滑块4和第二滑块5中设置的速度传感器可实时感应第一滑块4和第二滑块5的速度，动量守恒定理公式为：m1v1+m2v2＝m1v1'+m2v'2，因此，在验证动量守恒定理时，需要获取碰撞前后的速度，对于碰撞前后的时间点之外其他时间点的速度不做要求。由于第一滑块4和第二滑块5中的速度传感器6可实时采集速度数据，因此，速度传感器6可实时将采集的速度数据通过通信组件7发送至移动终端或数据分析组件，通过移动终端或数据分析组件可观察到第一滑块4和第二滑块5速度的变化。

由于不需要考虑处碰撞前后时间点之外的速度，因此，本申请实施例中在验证动量守恒定律时，可忽略在碰撞时第一滑块4和第二滑块5与实验台的摩擦力，以及第一滑块4和第二滑块5之间的摩擦力。因此，设置在第一实验平台1和第二实验平台2表面的光滑材料层10的摩擦系数也可以忽略不计。

在第一滑块4和第二滑块5中设置速度传感器6、通信组件7和供电电源9后，可能会使第一滑块4和第二滑块5的重量不相同，或者重量值不为整数，使计算动量守恒时比较麻烦，因此，可通过在第一滑块4和第二滑块5上添加砝码，为第一滑块4和第二滑块5配重。

参见图2，为本申请实施例提供的一种固定夹13结构示意图。本申请实施例中，在第一滑块4和第二滑块5上设置有与不同重量砝码大小相匹配的砝码孔12，可将砝码放置在砝码孔12中为第一滑块4和第二滑块5配重，在砝码孔12上还设置固定夹13，使固定夹13固定砝码。

固定夹13包括一个刚性弧形夹，刚性弧形夹包括椭圆形固定带，椭圆形固定带两端连接支撑臂，其中一个支撑臂固定在砝码孔12的边缘，支撑臂可绕固定点旋转，另一个支撑臂上设置子卡扣，与该支撑臂对应的砝码孔12上设置母卡扣，子卡扣可卡扣在母卡扣中，从而将砝码固定在砝码孔12中，防止砝码弹出或者在滑块运动过程中来回晃动。

在动量守恒能量转化实验过程中，第一滑块4和第二滑块5的其中一个滑块具有初始速度，并与另一个滑块碰撞，或者两个滑块均具有一个初始速度。因此，可在第一实验平台1和/或第二实验平台2上远离转轴11的一端设置推动发射组件3，使推动发射组件3给第一滑块4和/或第二滑块5一个初始速度。

推动发射组件3可设置为弹簧32发射结构或液压发射结构，本申请实施例中推动发射组件3设置为弹簧32发射结构，参见图3，为本申请实施例提供的一种推动发射组件3结构示意图。

如图3所示，推动发射组件3包括弹簧套筒31、弹簧32、推动滑块33和止动阀门34，其中，弹簧套筒31固定在第一实验平台1的一端。在第一实验平台1远离转轴11的一端垂直设置一挡板，弹簧套筒31与挡板垂直设置，向第一实验平台1的另一端延伸。

弹簧32设置在弹簧套筒31内，弹簧32的一端与挡板固定连接，另一端与推动滑块33固定连接。在弹簧套筒31远离挡板的一端设置止动阀门34，止动阀门34穿过弹簧套筒31上的止动孔，从而防止推动滑块33滑出。

如果将止动阀门34插入止动孔中时，则弹簧套筒31内的弹簧32被压缩，当拔出止动阀门34后，推动滑块33在弹簧32推动力的作用下向外滑动，并撞击第一滑块4，给第一滑动一个初始速度。

图3所示的推动发射组件3可设置在第一实验平台1和/或第二实验平台2，在此不做具体限定，本领域技术人员可根据需要自行设计。

参见图4，为本申请实施例提供的一种动量守恒转化实验装置的使用示意图。

如图4所示第一实验平台1通过转轴11旋转，并通过伸缩杆8支撑第一实验平台1，使第一实验平台1与第二实验平台2呈钝角，本申请实施例可实现重力势能与动能之间转化实验，与上述实施例结合，本申请实施例提供的装置功能多样化，可同时实现水平方向上动量守恒的验证和重力势能与动能之间能量转化验证实验。

第一实验平台1和第二实验平台2之间的夹角成钝角，因此，其中一个实验台为倾斜状态，另一个实验台为水平状态，本申请实施例中，第一实验平台1呈倾斜状态，第二实验平台2呈水平状态。在呈倾斜状态的实验台下方使用伸缩杆8支撑，从而使实验台稳定倾斜。

伸缩杆8可调整长度，从而调整第一实验平台1和第二实验平台2之间的夹角，并且可根据伸缩杆8的长度计算滑块的重力势能。伸缩杆8可固定在第一实验平台1的底面，参见图5，为本申请实施例提供的一种伸缩杆8固定示意图。

如图5所示，在第一实验平台1的地面设置固定凹槽14，伸缩杆8设置在固定凹槽14内，其中，伸缩杆8远离转轴11的一端固定在固定凹槽14内，并且，伸缩杆8可绕该固定点旋转。具体参见图6，图6为本申请实施例提供的一种伸缩杆8结构示意图。

如图6所示，伸缩杆8包括旋转轴81、母伸缩杆82和子伸缩杆83，其中，伸缩杆8可绕旋转轴11转动，旋转轴81固定在固定凹槽14内。母伸缩杆82与旋转轴81旋转连接，具体的，旋转轴81可贯穿母伸缩杆82，从而使母伸缩杆82绕旋转轴81转动。子伸缩杆83套设于母伸缩杆82内，因此，可通过调整子伸缩杆83调整伸缩杆8的长度。

进一步的，在固定凹槽14上设置可盖合的密封盖，密封盖与固定凹槽14可拆卸安装。伸缩杆8设置在固定凹槽14和密封盖之间的中空腔体内，当不需要使用伸缩杆8，或者验证水平方向上的动量守恒能量转化时，将伸缩杆8收回固定凹槽14内，并盖上密封盖，从而保护伸缩杆8并防止伸缩杆8蒙尘。

在母伸缩杆82和子伸缩杆83上设置刻度，通过读取子伸缩杆83和母伸缩杆82上的刻度，确定伸缩杆8的长度，从而确定滑块的高度，通过高度计算滑块的重力势能。

上述描述中可知，在第一实验平台1和/或第一实验平台1的一端设置推动发射组件3，如果只在其中一个实验台设置推动发射组件3，则可设置伸缩杆8与推动发射组件3位于同一实验台上。

本申请实施例提供的装置还包括数据分析组件，数据分析组件包括信号接收器、处理器和显示器，其中，信号接收器电连接至处理器，处理器电连接至显示器，信号接收器与通信组件7无线连接，用于接收通信组件7发送的由速度传感器6采集的速度数据。实验者可通过显示器观察第一滑块4和第二滑块5的速度变化，尤其是第一滑块4和第二滑块5碰撞前后的速度。其中，信号接收器设置为与通信组件7相匹配的蓝牙或wifi组件。

由上述描述可知，本申请实施例提供的装置第一实验平台1和第二实验平台2之间的夹角可调整，当第一实验平台1和第二实验平台2之间夹角为180度时，第一实验平台1和第二实验平台2平铺在水平面上，可实现水平方向上动量守恒能量转化的验证；同时第一实验平台1和第二实验平台2也可以通过伸缩杆8支撑其中的一个实验台，使第一实验平台1和第二实验平台2之间呈钝角，将其中一个滑块放置在倾斜的实验台，另一个放在水平实验台，从而实现重力势能与动能的转化实验验证。因此，通过本申请实施例提供的装置，可从多方面理解动量守恒定律。

另外，通过显示器实时记录第一滑块4和第二滑块5的速度变化，并根据第一滑块4和第二滑块5碰撞前后的速度验证动量守恒，与现有技术相比，本申请实施例提供的装置方便快捷。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。