专利名称：力的动态平衡演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型提供一种物体受力的动态平衡演示仪，是一种有较大改进的高中力学教学演示仪。
在现在的技术中，高中物理力学的教学，在验证力的平行四边形法则实验中，一般采用两个测力计拉一个橡皮条进行定量研究，但物体在斜面上的受力问题和力的动态平衡问题，只能靠理论分析。物理是以实验为基础的学科，学生刚进入高中首先面临的困难就是“力的分析”、“共点力的合成与分解”“物体的平衡条件”以及“力的动态平衡”等难点，这些都是整个高中物理的基础，对这些问题需要学生要有足够的逻辑判断和抽象的思维方法才能学好，所以高一新生难以适应，造成了学生物理成绩大面积大幅度下降，两极分化突出，严重地挫伤了学生学习物理的兴趣和积极性，这是多年来物理教学中存在的共同问题，也是迫待解决的问题。
寻找本实用新型的目的是为高中力学教学提供一种结构简单、演示方便、直观易懂、一物多用、制造成本低的力的测量、力的分析、力的合成与分解、力的平衡，以及物体受三力动态平衡问题的定量演示仪器，它能让学生直接观察物体在平面上、斜面上有无摩擦等各种情况下物体受各力的大小、它比现有的技术更易容操作验证力的平行四边形法则，使学生能够直接观察物体受三力动态平衡时各力的变化问题，使学生对一些难分析的问题可直接由它演示出来，使学生由抽象维变成直接感性认识，它能大大降低高初中物理知识的衔接梯度。
本实用新型的主要技术特征是在一个活动支架上再安装一个活动支架并各固定一个平板测力计的活动演示体。这个演示体(见附图1)，是在水平支架(2)上固定一个标有弧度刻度的半圆形薄板(3)，支架(4)通过转轴(14)(转轴(14)与薄板(3)圆心重合)安装在支架(2)上，在支架(4)上固定两个标有弧度刻度的半圆弧形支架(12)和转轴(13)(两者圆心重合)，把支架(9)通过转轴(13)安装在支架(4)上，通过固定螺丝(10)调节支架(9)与支架(4)的夹角，通过固定螺丝(5)调节支架(4)与水平支架(2)的夹角，在支架(4)和支架(9)上各固定一个平板测力计，另外支架(4)上的测力板平面3/5为光滑面，2/5为粗糙面以备演示摩擦力用。
本实用新型的优点1、由于采用测力计固定在可以活动的支架上，就可以直接演示平面上、斜面上物体的受力情况，并结构简单，制造方便(支架用本质、塑料、金属都可)，若用弹簧测力计，则价格低、使用寿命长。若用电子测力计，力的大小由数字可直接显示。
2、一物多用，在高中力学教学中，它既能测量重力、弹力、摩擦力，又能演示合力与分力的关系，还能演示力的平衡问题和力的动态平衡下的有关问题，特别能加深学生对斜面上的物体受力问题的认识。
3、由于力的动态平衡演示仪是一个活动的组合体，演示方便、直观易懂，使学生对有关知识有抽象思维到直接感性认识，加深学生对有关力学知识的理解和认识，它能帮助学生突破学习高中物理的第一个难关，为学好高中物理打下基础。
图1是本实用新型的结构平面图其中(1)表示架腿，(2)表示水平支架，(3)表示固定在支架(2)上的薄板，(4)表示可绕轴(14)转动的支架，(5)表示固定支架(4)于薄板(3)的螺丝，(6)表示固定在支架(4)上的测力计的测力板，(7)表示被测物体，(8)表示固定在支架9上的测力计的测力板，(9)表示可绕轴(13)转动的支架，(10)表示固定支架(9)于支架(12)的螺丝，(11)表示测力计的示数盘，(12)表示固定在支架(4)上的半圆形支架，(13)表示固定在支架(4)上的转轴。(14)表示固定在支架(2)上的转轴，图2是表示支架(4)的平面图(15)表示固定在支架(4)上的平板测力计的平板粗糙面。图3图4表示物体受三力动态平衡的矢量变化图，既矢量三角形的变化图。
本实用新型演示实例结合附图详述如下1、它可以演示水平面上物体所受的重力、弹力以及接触面之间是否有作用力的问题。例如测重力，当支架(4)水平时，不用支架(9)，把被测物体放在测力板(6)上，这时测力计的示数就等于物体所受的重力的大小；又如演示弹力产生的条件由固定螺丝(10)固定支架(9)于支架(12)上，使支架(9)与支架(4)之间的夹角为直角，使支架(4)水平，把光滑的金属球放在测力平板(6)的光滑面上，让金属球与测力板(8)相接触，而不挤压，这时示数盘(11)上力的示数为零，说明金属球与测力板(8)之间没有弹力，然后用水平金属杆推金属球，这时示数盘(11)上就有示数，说明金属球与测力板之间有弹力，示数盘(11)上的示数就等于它们之间弹力的大小，这就说明弹力产生的条件(1)是接触、(2)是挤压。以前关于两物体之间接触时是否有弹力是靠硬性灌输或用力的平衡条件及假设论证，学生很难接收，现在通过本实用新型演示使学生一看就明白。同样还可以演示支架(9)与支架(4)之间为锐角、钝角而支架(4)水平时，光滑金属球与测力板(8)之间接触而没有作用力的情况。再如演示物体对水平面的压力不等于物体的重力；不用支架(9)，使支架(4)水平，把一矩形木块放在测力板的粗糙面(15)上，这时测力计的示数就等于木块的重力，另外再用一拉力测力计拉木块，当拉力水平时，支架(4)上测力计的示数不变；当拉力的大小不变斜向下拉时，支架(4)上测力计的示数增大，说明这时木块对测力板的压力增大；当拉力的大小不变斜向上拉时，支架(4)上测力计的示数减小，说明这时木块对测力板的压力减小，当拉力竖直向上时，两测力计的示数和等于木块受到的重力。这些问题以前只能靠学生理论分析。
2、本实用新型可以演示斜面上物体所受支持力、摩擦力的大小及变化。例如固定支架(4)使它与支加架(2)有一定夹角，固定支架(9)，使支架(9)垂直于支架(4)，这时测力板(6)就是一个斜面，把小车放在测力板(6)的光滑面上，这时两测力计示数就等于小车所受两测力板的支持力的大小，然后把小车翻放在测力板(6)的粗糙面(15)上，从支架(4)上的测力计示数中看出小车对测力板(6)的压力不变，从支架(9)上的测力计示数变化中，就知道小车所受摩擦力的大小；又如演示支持力、摩擦力随斜面与水平面夹角的变化而变化；固定支架(9)使其垂直于支架(4)，开始支架(4)水平，把小车放在测力板(6)的光滑面上，逐渐增大支架(4)与支架(2)的夹角，并计下支架(4)在各个位置时两测力计的示数，根据两测力计示数的变化，就能知道小车所受两测力板支持力的大小变化情况，然后把小车翻放在测力板(6)的粗糙面(15)上，使支架(4)由水平逐渐增大与支架(2)的夹角，再计下对应位置时两测力计的示数，通过对比，就可知道小车所受摩擦力大小的变化，以上这些原来只能靠理论分析的问题，现在可直接演示。
3、它可以演示共点力的合成、力的分解、验证力的平行四边形法则、力的平衡条件、力的动态平衡等问题。例如演示力的分解固定支架(4)，使支架(4)与支架(2)成一定夹角，其角度可由支架(4)所在薄板(3)的位置直接读出。固定支架(9)使其垂直于支架(4)，调整测力计的零点，把光滑金属球放在两测力板之间(放在测力板(6)的光滑面上)，见图1，这时支架(4)上测力计的示数就等于球受的重力在垂直斜面方向上的分量，支架(9)上测力计的示数就等于球受的重力在平行斜面方向上的分量。改变支架(9)与支架(4)的不同夹角，就可观察球所受的重力在不同情况下的分解情况；又如演示力的动态平衡问题固定支架(9)把光滑金属球放在两测力板之间(球与测力板的光滑面接触)见图1，这时金属球受重力和两测力板的两个支持力(大小可由两测力计示数显示)处于平衡状态，改变支架(4)与支架(2)的夹角，根据两测力计示数的变化规律，就能说明物体在受三力(F1、F2、F3)作用处于平衡的状态下，其中一个力F1不变和另两个力的夹角θ1不变时，F2和F3的大小随夹角θ2变化的变化关系(如图3所示)。固定支架(4)，把光滑金属球放在两测力板之间，改变支架(9)与支架(4)之间的夹角，根据两测力计示数的变化规律，就能说明物体在受三力(F1、F2、F3)作用处于平衡的状态下，其中一个力F1不变和F1与F3的夹角θ2不变时(如图4所示)，F2与F3随θ3变化的变化规律。
权利要求1.本实用新型是一种高中力学中力的动态平衡演示仪，其特征在于是在一个活动的支架(4)上再安装一个活动的支架(9)，并在两活动支架上各固定一个平板测力计，支架(4)上的测力计的测力板表面部分光滑，部分粗糙，以演示平面上、斜面上的物体受力问题。
2.根据权利要求1所述的演示仪，其特征在于在支架(4)上固定一个平板测力计，支架(4)可绕轴(14)转动。
3.根据权利要求1所述的演示仪，其特征在于支架(9)上固定一个平板测力计，支架(9)的转轴在支架(4)上。
4.根据权利要求1所述的演示仪，其特征在于支架(4)上的平板测力计的测力面(6)一部分光滑，一部分粗糙。
专利摘要本实用新型提供一种物体受力的动态平衡演示仪，是一种有较大改进的高中力学教学演示仪，其主要技术特征是它在一个活动的支架上再安装一个活动支架，并各固定一个平板测力计，其中一个测力板的测力面是部分光滑、部分粗糙的活动演示仪，它能直接显示水平面上、斜面上物体所受各力的大小以及动态平衡下各力大小的变化，其结构简单，演示方便，直观易懂，一物多用，是高一学生学习力学的得力助手。
文档编号G09B23/08GK2242496SQ9520322
公开日1996年12月11日 申请日期1995年2月25日 优先权日1995年2月25日
发明者张桂琳 申请人:张桂琳