一种测速装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种测速装置，包括竖直设置的真空玻璃管和测速仪，真空玻璃管的顶部密封，底部接有水管，真空玻璃管与水管成L形,水管的一端与真空玻璃管密封连接，水管的另一端设有抽气接口；真空玻璃管的顶部外侧设有磁铁，真空玻璃管的顶部内侧对应磁铁处设有铁块；真空玻璃管外设有固定架,固定架包括底座和平板，底座通过调节杆与平板连接，该调节杆的一端与底座固定，另一端与平板活动连接；平板上设有固定杆，平板上设有固定孔，真空玻璃管穿过该固定孔，平板上设有与调节杆相对应的调节孔，固定杆整体呈三棱锥形，真空玻璃管内设有测压仪。
【专利说明】
一种测速装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及物理学领域，具体涉及一种测速装置。
【背景技术】
[0002]功能原理始于机械能与外力和保守力做功，后引出机械能守恒定律和能量守恒定律。1847年，焦耳通过机械能转化为热能的装置做了迄今仍被认为是最好的实验。利用重力势能转换为动能的原理来验证功能转换的实验通过研究物体的自由落体运动，运用牛顿运动学公式与动能定理等进行计算，分析计算结果与理论结果，之后进行误差分析验证功能转换。该实验的主要难点在于物体末速度瞬时值的测量。
【实用新型内容】
[0003]为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种测速装置。
[0004]本实用新型的一种测速装置所采取的技术方案是，包括竖直设置的真空玻璃管和测速仪，所述真空玻璃管的顶部密封，底部接有水管，所述水管的一端与真空玻璃管密封连接，水管的另一端设有抽气接口；所述真空玻璃管的顶部外侧设有磁铁，真空玻璃管的顶部内侧对应磁铁处设有铁块。
[0005]所述真空玻璃管与水管成L形。
[0006]所述真空玻璃管外设有固定架，所述固定架包括底座和平板，所述底座通过调节杆与平板连接，该调节杆的一端与底座固定，另一端与平板活动连接;所述平板上设有固定杆。
[0007]所述平板上设有固定孔，真空玻璃管穿过该固定孔。
[0008]所述平板上设有与调节杆相对应的调节孔。
[0009]所述固定杆整体呈三棱锥形。
[0010]所述真空玻璃管内设有测压仪。
[0011 ]本实用新型相对于现有技术具有以下优点:
[0012]1、本实用新型的测速装置利用真空环境测量物体下落速度，能最大程度上排除外界因素对物体自由落体运动的干扰，提高了测量准确性。
[0013]2、本实用新型的测速装置在玻璃管内部设有测压仪，实时监测玻璃管内部的气压，避免了空气重新进入玻璃管引起的测量数据误差。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图，对本实用新型的一种测速装置做进一步的详细说明。
[0016]如图1所示，本实用新型的一种测速装置包括竖直设置的真空玻璃管I和测速仪10，真空玻璃管I的顶部密封，底部接有水管2，真空玻璃管I与水管2成L形，水管2的一端与真空玻璃管I密封连接，水管2的另一端设有抽气接口 3;真空玻璃管I的顶部外侧设有磁铁4，真空玻璃管I的顶部内侧对应磁铁4处设有铁块5。真空玻璃管I外设有固定架，固定架包括底座6和平板7，底座6通过调节杆8与平板7连接，该调节杆8的一端与底座6固定，另一端与平板7活动连接;平板7上设有固定杆9，平板7上设有固定孔，真空玻璃管I穿过该固定孔，平板7上设有与调节杆8相对应的调节孔，固定杆9整体呈三棱锥形，真空玻璃管I内设有测压仪。
[0017]利用重力势能转换为动能的原理来验证功能转换的实验通过研究物体的自由落体运动，运用牛顿运动学公式与动能定理等进行计算，分析计算结果与理论结果，之后进行误差分析验证功能转换。
[0018]本实用新型的一种测速装置用硬度较大的铜板封住竖直的真空玻璃管上端，而真空玻璃管的下端用真空袋出气口进行改装，这样便能对透明管进行抽气实现真空环境；用计时计数测速仪测量铁块自由下落时经过光电门的时间，通过测量铁块的直径计算其其瞬时速度。
[0019]使用前用永磁铁吸住铁块，保证初速度为零，待准备完毕之后，轻轻拿走永磁铁，这时铁块便能做初速度为零的自由落体运动。
[0020]可行性验证:
[0021 ]在真空中，铁块下落属于自由落体，速度V与位移h的关系:V2-VQ2=2gh，在湛江地区，其中
[0022]g=9.8061 X (1-2.64 X 13 X cos2_7 X 13 X cos22it)-3.086 X 10—6 XZ；
[0023]其中Φ是湛江的玮度值，Z是湛江海拔的高度。经过查找资料，其中Φ=21.2度，广东海洋大学的海拔高度大概是Z=80m。得出g=9.7869。
[0024]当拿开永磁铁时，铁块以初速度O下落，利用光电门可以测量出某处透明管小钢珠的瞬时速度(通过小钢珠经过光电门的时间计算)，记录下实验数据。利用有用的公式:V2=2gh与由动能定理:l/2mv2=mgh，可计算出理论速度数值，当小钢球速度理论值V和铁块的瞬时速度测量值V在误差范围内，可知，能量守恒定律是正确的。由此可知，本装置设计结构合理，理论成熟，具有可行性。
[0025]本实用新型所用部件有计时计数测速仪(JMS-1)，真空玻璃管1.80cmX 80.0cm，铁块，真空袋，抽气筒，铜柱，铜板，碳素杆，碳纤线等。
[0026]计时计数测速仪:
[0027]一、概述
[0028]JMS-1计时计数测速仪具有存储功能，时基精度高(微秒级)的测量时间间隔的数字计量仪器，它可做计数、计时等使用。
[0029]本仪器采用MCS-51单片微型计算机为核心，智能度高，数据存储和处理能力强，操作简便，小数点、单位和量程自动定位、换档，且自动进入四舍五入智能化显示数据。除了具有一般计时器的功能外，与QDG-2型气垫导轨、自由落体实验仪、转动惯量实验仪等配合使用，还能测量速度、加速度、重力加速度、角加速度、周期等物理量和碰撞等实验，并直接显示实验的速度和加速度及角加速度的值。
[0030]二、技术性能
[0031]1、工作条件
[0032]电源为交流电，22(^(1±10%穴，5(^(1±5%)取。
[0033]环境温度为-1 O Γ?+40 Γ。
[0034]相对湿度不大于85% (40 Γ )。
[0035]工作时间为连续工作。
[0036]2、外形尺寸:约 230mmx210mmxl00mm;重量:约 2.5kg。
[0037]三、操作使用说明
[0038]1、实验前准备工作，光电门和显示器件的自检。
[0039]I)实验前准备工作
[0040]①将两个光电门插头插入I号、2号光电门插座；
[0041]②接上220V交流电源，打开电源开关；
[0042]③开机后自动进入自检状态；
[0043]④依次按【功能】键，选择需要的实验功能。
[0044]2)光电门和显示器件的自检
[0045]开机或按功能键选择自检功能，都将进入自检状态:当光电门没有故障时，屏幕循环显示各显示器件；当光电门发生故障时(如:接触不良、损坏、遮挡光电门或光电门输入电路出现故障等)，屏幕将闪烁着该光电门的号码，不做循环显示工作。这时，必须先排除故障，程序才能继续运行。
[0046]2、功能选取与说明
[0047]由于测速仪的测速原理是通过计算挡光片挡光时间进而测算速度，而挡光片的长度是lcm，也就是说测速仪在出厂时的程序已经限定了光电门的宽度，而我们的铁块的直径并不是lcm，所以若选用s2即测速档位误差将会很大，所以我们选取SI即测挡光时间档位，通过测出铁块直径便可计算出方块瞬时速度。SI档位使用说明(其他功能无需用到，此处不赘述)如下:
[0048]用挡光片对任意一个光电门依次遮光，屏幕依次显示出遮光次数和遮光时间。
[0049]可连续作I?255次实验，但只存储前10个数据。
[0050]按停止键，立即循环显示存储的时间数据。
[0051]按清零键，清除所有实验数据，又可重新做实验。
[0052]本实验使用的真空玻璃管为有机玻璃管，又称亚克力管(PMMA)，采用LG850原料制作，无色透明；透明管全长约80cm，夕卜径1.80cm,内径1.60cmo
[0053]本实验所用铁块重3.50g，边长0.90cm。
[0054]真空袋为日常所用的真空袋，本次实验利用真空袋出气口的设计嵌入透明管的尾端，再利用抽气筒进行抽气实现管中的真空环境。
[0055]其他器材
[0056]铜柱，铜板，碳素杆等用于固定装置，固定材料采用热熔胶与高强度的AB胶。永磁铁用于隔空吸住真空玻璃管中的铁块，控制其初始速度为零。碳纤线用于悬挂重物进行测量透明管的竖直程度，防止铁块下落时与管壁，减小实验误差。
[0057]固定支架
[0058]本实验装置底座采用家具木质平板，因为家具木质平板质量重，平板平整度高，作为底座材料较为理想。而支架由两部门组成，分别为调节部分与固定部分。调节部分位于平板下方，用铜柱将平板与底座进行连接，调节时配合碳纤线悬挂重物的铅垂线原理对装置整体实现调节。由于铜柱硬度高，又可灵活调节，既能实现调节竖直功能，又能使装置更加稳定，所以我们选取铜柱作为连接底座进行调节的材料;固定部分位于平板上方，采用质量轻强度大的碳素杆，同时固定方案利用三角形的稳定性制作，使装置更加稳定。
[0059]抽气接口
[0060]抽气接口通过水管进行90度转接，将接口置于底座之外，便于抽气工作的进行，也减小对装置的影响。抽气口用真空袋抽气口进行改装，通过用高强度的AB胶固定，这样就能方便实现对透明管进行抽真空操作了。
[0061]铅垂线调节竖直度
[0062]本装置调节透明管竖直度采用的是铅垂线原理，利用碳纤线一端悬挂重物实现对装置竖直度的检测，再配合装置调节支架进行调整。
[0063]调节装置
[0064]1、根据铅垂线原理，旋转钢铁支柱调整整个装置的竖直程度；
[0065]2、用抽气筒对装置进行抽气，直到感觉抽气筒抽气力度没什么变化时，基本证明透明管中相对真空；
[0066]3、打开光电门，检查光电门是否正常工作，并调到测量时间的档位Si，将光电门套在透明管预先标记的位置；
[0067]4、用永磁铁吸住铁块，使铁块位于透明管中心位置，并且初速度为零；
[0068]5、准备妥当后，轻轻拿走永磁铁，光电门记录下铁块经过一次光电门的时间，记录实验数据；
[0069]6、重复测量多组数据并记录。
[0070]注意事项
[0071]1、应尽量调节透明管位于竖直方向，防止铁块下落时触碰管壁而引起的误差。
[0072]2、光电门与铁块应尽量放置在透明管中心，使红外光速穿过透明管中心位置而铁块沿着透明管轴线下落，防止铁块下落时记录不到数据或者因为铁块下落时位置的偏离而使速度误差范围变大；
[0073]3、拿走永磁铁时速度要快，并且尽量向着竖直方向移开，减少磁性吸力引起铁块水平方向上的位移产生误差，或磁场影响铁块重力加速度。
[0074]4、每一组实验应在短时间内进行测量，防止时间过长空气重新进入透明管中而引起的实验误差。
[0075]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种测速装置，其特征在于:包括竖直设置的真空玻璃管(I)和测速仪(10)，所述真空玻璃管(I)的顶部密封，底部接有水管(2)，所述水管(2)的一端与真空玻璃管(I)密封连接，水管(2)的另一端设有抽气接口(3);所述真空玻璃管(I)的顶部外侧设有磁铁(4)，真空玻璃管(I)的顶部内侧对应磁铁(4 )处设有铁块(5 )。2.如权利要求1所述的一种测速装置，其特征在于:所述真空玻璃管(I)与水管(2)成L形。3.如权利要求2所述的一种测速装置，其特征在于:所述真空玻璃管(I)外设有固定架。4.如权利要求3所述的一种测速装置，其特征在于:所述固定架包括底座(6)和平板(7)，所述底座(6)通过调节杆(8)与平板(7)连接，该调节杆(8)的一端与底座(6)固定，另一端与平板(7)活动连接;所述平板(7)上设有固定杆(9)。5.如权利要求4所述的一种测速装置，其特征在于:所述平板(7)上设有固定孔，真空玻璃管(I)穿过该固定孔。6.如权利要求5所述的一种测速装置，其特征在于:所述平板(7)上设有与调节杆(8)相对应的调节孔。7.如权利要求6所述的一种测速装置，其特征在于:所述固定杆(9)整体呈三棱锥形。8.如权利要求7所述的一种测速装置，其特征在于:所述真空玻璃管(I)内设有测压仪。
【文档编号】G01P3/00GK205670402SQ201620000517
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年1月3日
【发明人】陈春雷, 王慧, 石友彬, 谢钊新, 莫李策, 梁国海
【申请人】广东海洋大学