专利名称：力学教学实验器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高中物理教材中所作的几个力学实验器材，这几个力学实验是“平抛物体的运动”、“弹性碰撞”、(包括正碰和斜碰)、“互成角度的两个力的合成”、“有固定转动轴物体的平衡条件”。
高中物理力学实验较多，教学仪器一般也很复杂，做“平抛物体的运动”、“弹性碰撞”、“互成角度的两个力的合成”、“有固定转动轴物体的平衡条件”，几个实验分别要用几套不同的仪器，这些仪器分别有许多种类，目前还未发现有几个实验只用一套仪器就能做完的文献记载，而且现有的仪器又各有它们的不足之处。
在做“平抛物体的运动”的实验时，目前主要有几种仪器1.现成高中物理教科书的有孔纸卡片的装置，它的缺点是繁锁，费时，直观性差，实验误差大；2.闪光照相光花描迹仪，运动显示仪等，这类仪器虽然实验仪器较精确但仪器昂贵，需要电能，也不省时间；3.已公布的中国专利实用新型说明书中，CN87205180采用在作平抛运动的物体套上软笔，一次性地在白纸上描出运动物体的轨迹，但这种仪器由于带上了软笔，与记录纸之间有摩擦力，使运动球体的速度变小，带来了实验误差。
现有的“弹性碰撞”的实验装置是在桌子上安装一斜槽，槽的未端有靶球的支承点，在桌子前球滚下之处放一白纸和复写纸，利用球滚落后几个落点平均位置，最后验证动能守恒定律。这套装置实验时间长，落点误差大，而且靶球的支承点设计不好，损失了动能。
现有教科书中做“有固定转动轴物体的平衡条件”实验存在的不足是在力矩盘上测量力的作用线到轴心的距离不易测准，花费的时间长。
本实用新型的目的是为了实验更为简便和准确，做出的数据更为可靠和直观，学生更容易接受，而且节省实验仪器和资金，在一套仪器上就能依次做几个不同的实验。
为了达到此目的，本实用新型在一块面板的正面和反面只设置一些简单的装置，就能做几个高中物理实验。其解决的方案是在正面板上安有滑槽和接球板，提供做平抛物体运动和弹性碰撞实验的条件；背面板上有力距盘和十字尺、定滑轮及法码等，提供做“有固定转动轮物体的平衡条件”和“互成角度的两个力的合成”实验的条件。
以下结合附图对本实用新型和各实验方法进行详细的描述。
图1是做“平抛物体运动”实验的结构图；图2是做“弹性碰撞(正碰)”实验的结构图；图3是做“有固定转动轴物体的平衡条件”实验的结构图；图4是做“互成角度的两个力的合成”的结构图；图5是做“弹性碰撞(斜碰)”实验的结构图。
附
图1是作“平抛物体的运动”的实验装置，面板(9)的左边开有空槽，上面安装滑块(1)，并与水平板(2)连接，滑块和水平板通过螺丝装在滑槽(8)上，螺钉(13)是用于调整水平板和滑块的上下移动，以满足轨迹各点的要求，水平板上还固定一块接球板(3)，接球板左边弯曲向上是防止球滚动跌下。面板(9)的右上方有供球滑动的轨道(4)，(4)的上端是倾斜段，下端是水平段，上端与水平线夹角为35－40°，水平段下方是一块角铁(6)，以将轨道(4)固定在面板(9)上，角铁与轨道水平段之间有一个落球定位角(7)，用来定实验的y轴和x轴，轨道(4)上安放有持球器(5)，持球器可随意固定在轨道倾斜段的任一部位。面板(9)的两边底角装有水平泡(11)和水平调节旋纽(12)，以保证实验数据的准确性。面板的下方还有木夹板(10)，它的中部有一个夹紧装置，用来夹紧实验用的记录白纸和复写纸。实验的第一步是把复写纸盖在白纸上，并用木夹板夹紧一边，纸的另一边从水平板(3)和面板之间穿过，然后向外翻出。第二步是确定y轴和x轴，将实验小球放在落球定位角(7)处让其自由下落，在记录纸上打出一点痕迹，再把水平板(3)通过滑槽(8)向下移动两到三次，得到几点，连接并延长直线，得到y轴线；在轨道(4)的水平段水平的投影线即为x轴，将其向左延长就可得出x轴线。第三步是小球作平抛运动，将小球在(5)中夹住，适当调整记录纸，(注意x轴和y轴定好后木板夹不要松开，以免记录纸位置移动)，然后把夹球器(5)松开，小球沿着轨道滑下作平抛运动，打到接球板(3)上，在记录纸上打下一点，水平板每移动一次，小球就作平抛运动一次，得到一系列点，将纸翻转过来，把各点连接，即为平抛运动的轨迹，这时把轨迹到x轴和y轴的距离量出，就可根据y＝ 1/2 gt2和X＝Vt的公式求出小球作平抛物运动的初速度。
记录纸上能够真实描绘轨迹的原理是用作实验的小球在轨道中的质心位置是在同一面线上，当它们抛在接球板上便形成一条线，这条直线如果距离接球板的内边缘是实验用球的半径，那么实验时，记录纸所描绘的轨迹就是平抛物体运动的真实轨迹。
附图2是物体作弹性碰撞(正碰)的实验装置，其结构与附图基本相同，但在角铁(6)左边有支承靶球(15)的支杆(14)，支杆水平段(19)是通过螺钉(17)和(18)和角铁(6)内部的铁片夹紧，支杆(14)的竖直部分和水平段用活页连接，水平段有刻度或贴上标尺，可按靶球的大小进行伸缩，支杆支承靶球的上半部分用螺丝和螺帽调整高低。实验的第一步先将靶球拿下，把支杆(14)反时针转下，弹球(16)放在(5)处，按做“平抛物体的运动”实验的方法装上记录纸和复写纸，第2步是释放弹球，让它沿轨道自然落下作平抛运动，落在记录纸上，得到一个点，按物理教科书中即为P点。第3步是将支杆竖直部分顺时针转到如图2的位置，放在靶球(15)，弹球(16)放在(5)处，让其顺着轨道(4)自然下落作弹性碰撞，设靶球落点为N点，弹球落点为M点，根据几点的距离，按教科书的方法和公式，就可验算动量守恒定律。
图3是利用
图1和图2实验装置的背面进行的“有固定转动轴物体的平衡条件”实验装置，在面板(9)的中部开有一个固定轴孔(24)，轴孔上穿上螺钉，挂上力矩盘(23)和十字尺，面板正上方有一根横梁杆(21)，测力计(23)的一头栓在横梁杆上，另一头挂在力矩盘上，十字尺有横标尺(25)和纵标尺(26)，横标尺上有一凸缘，纵标尺上有定位槽，定位槽的中心线对齐轴孔中心线，横标尺的零位线也对齐轴孔的中心线，横标尺可以上下移动测定与轴孔中心线平衡的各力臂，纵标尺是测量测力计(22)到轴心的距离，实验时按教科书所述的方法，用大头针插在力矩盘上，并用细线悬挂法码(27)，待平衡后，即可从十字尺上读出力臂来，这就比用三角板和尺子去度量要省时和准确。
附图4是在图3的基础上，将力矩盘和十字尺拿去，在 面板的A点钉上一根钉子，拉上橡皮条(28)，在面板的左上角和右下角分别固定定滑轮(30)，再用两根细绳(31)连接橡皮条，另一端拉上法码(32)，就可以进行“互成角度的两个力的合成”实验了。
在附
图1的装置中将轨道(4)、夹球器(5)及附属的角铁(6)、支杆(14)等转动一个方向，变成附图5的形式，便可做斜碰的物理实验，其原理和方法与正碰实验相近，此处不再叙述。
本实用新型的优点1.一物多用，中学物理力学实验较多，能在一套仪器上做几个不同类型的实验，可大大节省经费开支，对学校可减少负担。
2.做“平抛物体运动”和“弹性碰撞”的实验比现有实验要简便，学生容易理解。另外不需要吊锤线，y轴和x轴好确定，一个点不用做多次的下落来确定。
3.做“有固定转动轴物体的平衡条件”的实验时力臂测定容易，不易造成误差。
权利要求1.一种力学教学实验器，包括面板、实验小球和提供小球滚动的斜道、力矩盘、测力计等零部件，其特征在于1)、面板(9)的正面上角设有释放小球作平抛运动和弹性碰撞的轨道(4)和夹球器(5)以及安放靶球(15)的支杆(14)，面板(9)的中部设置能作上下移动的接球板(3)，接球板(3)的下方是固定在面板(9)上装记录纸的夹板(10)，面板(9)的两边底角有水平调节装置(11)和(12)；2)、面板(9)的反面上方设有横梁杆(21)、力矩盘(23)、测力计(22)以及由横标尺(25)和纵标尺(26)组成的十字尺，力矩盘(23)上挂有法码(27)；3)、面板(9)的反面A点处设有可拉橡皮条(28)的钉子，与A点钉子对应的两个对角可安上定滑轮(30)，定滑轮(30)挂上法码(32)。
2.根据权利要求1所述的力学教学实验器，其特征在于夹球器(5)安装在倾斜的轨道(4)上，轨道(4)靠角铁(6)和螺钉(17)、(18)固定在面板(9)的上角，安放靶球(15)的支杆(14)固定在角铁(6)的底边。
3.根据权利要求1所述的力学教学实验器，其特征在于能上下移动的接球板(3)是固定在水平板(2)上，水平板(2)通过螺钉与滑块(1)连接，滑块(1)固定在面板(9)上，并开有滑槽(8)，接球板(3)的一边向上弯曲。
4.根据权利要求1所述的力学教学实验器，其特征在于测力计(22)一端栓在面板(9)上方的横梁杆(21)，另一端挂在力矩盘(23)，力矩盘(23)和十字尺定位在固定轴孔(24)上，十字尺中的横标尺(25)上有一凸缘，纵标尺(26)上有定位槽。
5.根据权利要求1所述的力学教学实验器，其特征在于轨道(4)的倾斜段 和水平面的夹角为25～40°。
专利摘要一种力学教学实验器，能够做“平抛物体的运动”、“弹性碰撞”、“互成角度的两个力的合成”、“有固定转动轴物体的平衡条件”等实验，它的结构是在实验面板上装有滑槽，接球板，夹球器和让小球滚动下落的轨道，面板的背面装有力矩盘和十字尺等。这套仪器的特点是设计合理，操作简便，做出的数据准确。
文档编号G09B23/00GK2080201SQ9020112
公开日1991年7月3日 申请日期1990年1月24日 优先权日1990年1月24日
发明者廖庆武, 李慈言, 贺继光 申请人:廖庆武