一种力的合成与分解演示仪的制作方法

本实用新型属于一种演示仪器，具体涉及一种力的合成与分解演示仪。

背景技术：

力的合成与分解遵循力的平行四边形法则。两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这个平行四边形的对角线就表示合力的大小和方向。关于平行四边形定则的试验方法有等效法和平衡法。等效法是由两个分力共同作用于一个物体的同一点，使物体产生一定的形变或加速度。然后用一个力单独作用于两分力作用时的作用点上，调节该力的大小和方向，使受力物体产生与两分力共同作用时相同的形变或加速度。由于加速度的测量比较复杂，常采用分力与合力使受力物体产生相同的形变，实现两分力的共同作用与合力单独作用等效。这时，与两分力共同作用等效的一个力就代表两分力的合力。一般选橡皮筋为受力物体，将橡皮筋一端固定，用两个互成角度的力F1、F2同时拉橡皮筋的另一端，使其产生一定的伸长。然后用一个力F单独拉橡皮筋，使其产生与两拉力共同作用时相同的伸长，则F与两分力的合力相同，F就是测量出的合力。然后再运用平行四边形定则求出F1、F2的合力。比较F与F1、F2的合力，看两者大小是否相等、方向是否相同，本方法的关键是等效与误差的控制，实现等效，就是保证橡皮筋两次的伸长量相等，要求两次将橡皮筋的末端拉至同一位置，控制误差，要做到尽量选相同的弹簧测力计，可将两测力计钩好对拉，选读数始终相同的一对，测力计与固定橡皮筋的板面平行，读数时，视线要与测力计刻度板正对，在不超过弹性限度的条件下，尽可能使拉力大一些，用力的图示法依据平行四边形定则画图求合力时，标度的选择应尽量使图画得大一些，画图要严格使用作图工具，在同一次实验中，橡皮筋拉长后的结点位置一定要相同。平衡法指三个恒力同时作用于物体的同一点，当受力物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，这三个力平衡，其中任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反。若以任意两个力作为分力，则第三个力的大小代表前两个力的合力大小，第三个力的反方向代表合力的方向。实验中，一般是将三个轻绳套一端结在一起，以结点作为受力物体。然后在其中的一个绳套挂上重物，用两个弹簧测力计在竖直平面内沿两个互成角度的方向分别拉另外两个绳套，当重物静止时，三力平衡。为方便实验及测量，通常使受力质点保持静止状态，实现三个力的平衡，本方法的关键是控制受力质点处于静止状态，减小误差的措施与等效法相同。

力的合成与分解是中学物理的教学重点，教学用具等领域的人员始终致力于开发相关的演示仪器。中国专利文献CN102013195A公开了一种矢量合成与分解分析仪，该发明是通过在木条上打孔和拉槽、螺丝固定或限制来实现的，它虽然能形象直观地帮助学生学习理解矢量的合成与分解，但它不能变化各矢量的大小。中国专利文献CN201060577公开了一种力的合成与分解演示仪，由支架、固定托板、左右砝码盘构成，它的特点是在固定的托板上设计合成力方向的转动盘，在固定托板的上端设有弧形滑轨，在弧形滑轨上通过滑套固定上拉力计，Y形拉线的三个端头分别与拉力计的钩头、左、右分力尺的上端固定连接，在左分力尺和右分力尺的下端分别通过拉线固定上相应的砝码盘，拉线绕过相应的转向辊，该发明虽然能通过砝码改变各力的大小，但不能变化力的角度，而且该装置的结构比较复杂。现有的力的合成与分解演示仪均存在使用困难、难于拆卸等问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中，力的合成与分解演示仪存在的使用不便、难于拆卸等问题，本实用新型提供了一种新的力的合成与分解演示仪。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种力的合成与分解演示仪，其特征在于：包括底板、第一测力计、第二测力计、第一测量尺、第二测量尺、横杆、第一调节螺栓、第二调节螺栓、定位轴和弹力绳，第一测量尺通过定位轴和第二测量尺相连接，横杆上设置有滑轨，第一测量尺通过第一调节螺栓与滑轨和横杆相连，第二测量尺通过第二调节螺栓与滑轨和横杆相连，第一测力计和第二测力计的顶端和尾端均分别设有拉钩，两测力计顶端的拉钩相连，并共同连接于弹力绳的一端，弹力绳的另一端连接于定位轴，第一测力计尾端的拉钩通过第一测量尺上的定位孔连接于第一测量尺，第二测力计尾端的拉钩通过第二测量尺上的定位孔连接于第二测量尺。

优选地，所述的第一测力计和第二测力计为条形盒测力计。

优选地，所述的条形盒测力计的量程是0-10N。

进一步优选地，所述的条形盒测力计的量程是0-5N。

优选地，所述的测量尺上设置有等间距的圆孔。

进一步优选地，所述的间距为1-4cm。

优选地，所述的测量尺为不锈钢或铝合金尺。

优选地，所述的底板为硬质塑料板。

进一步优选地，所述的硬质塑料板为PVC板。

实际使用中，可以通过定位轴来调节和固定第一测量尺和第二测量尺之间的夹角大小，通过拧紧和拧松两个调节螺栓来调节横杆上两个测量尺间的距离，达到演示力的合成与分解的目的。需要注意到是，为控制误差，要做到尽量选相同的测力计，可将两测力计钩好对拉，选读数始终相同的一对。

本实用新型的有益效果

1.本实用新型提供的演示仪，误差小、精度准；

2.本实用新型提供的演示仪设计巧妙，结构紧凑，可拆卸，方便运输，使用寿命长；

3.本实用新型提供的演示仪演示效果明显，演示不受场地限制，可在水平面，亦可在竖直黑板平面演示，适合单人及多人共同演示，改变了现有演示仪只能水平或垂直演示的功能单一性；

4.该仪器既可演示矢量合成运算，也可演示矢量分解运算，且在运算过程中，三角形法则一览无余。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种力的合成与分解演示仪，包括底板1、第一测力计2、第二测力计3、第一测量尺4、第二测量尺5、横杆6、第一调节螺栓7、第二调节螺栓8、定位轴10和弹力绳11，第一测量尺4通过定位轴10和第二测量尺5相连接，横杆6上设置有滑轨9，第一测量尺4通过第一调节螺栓7与滑轨9和横杆6相连，第二测量尺5通过第二调节螺栓8与滑轨9和横杆6相连，第一测力计2顶端设有拉钩12，尾端设有拉钩14，第二测力计3顶端设有拉钩13，尾端设有拉钩15，拉钩12与拉钩13相连，弹力绳11一端连接于定位轴10，另一端连接于拉钩12和拉钩13，第一测力计2尾端通过拉钩14连接于第一测量尺4的定位孔16中，第二测力计3尾端通过拉钩15连接于第二测量尺5的定位孔17中，测力计为条形盒测力计，测量范围是0-5N，测量尺上圆孔的间距为2cm，测量尺为铝合金材质，底板材质为PVC板。

教学演示时，可以将整个装置放置在白纸上，拉伸两个测力计和弹力绳的交点，将力的方向和大小记录在白纸上，变动拉伸的方向和力度大小再次记录，操作简便快捷，一人即可完成演示。也可以将整个装置垂直放置，在两个测力计和弹力绳的交点处悬挂砝码，增减砝码重量，可以演示不同大小的重力的分解。

本实用新型的实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本实用新型专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本实用新型专利权利的要求范围内。