專(zhuān)利名稱(chēng)：牛頓第二定律定量實(shí)驗(yàn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種定量驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置。
現(xiàn)行高中物理課本(選修)第三冊(cè)“驗(yàn)證牛頓第二定律”的學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，是用小砂桶的總重力代替小車(chē)受到的拉力，此實(shí)驗(yàn)原理不夠完善?，F(xiàn)有的JO4263(編號(hào)2183)型軌道小車(chē)，好象可測(cè)量拉力，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①需在運(yùn)動(dòng)的小車(chē)上觀察力，很不方便。②導(dǎo)致了測(cè)力系統(tǒng)的摩擦阻尼太大，測(cè)量不準(zhǔn)確。也只能對(duì)定律作定性驗(yàn)證。
本實(shí)用新型的目的在于，方便、準(zhǔn)確地測(cè)出小車(chē)勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中所受的拉力、摩擦力和加速度，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)牛頓第二定律的定量驗(yàn)證。
本實(shí)用新型的任務(wù)是以如下方式完成的。在總長(zhǎng)約1米的軌道(2)的右端垂直連接一測(cè)力板(23)，其后板面與軌道(2)的外側(cè)面位于同一豎直平面，其寬、高約分別為12厘米和40厘米。板上裝有一較靈敏的測(cè)力計(jì)(24)、片狀類(lèi)單擺(12)和輕小定滑輪(28)。測(cè)力計(jì)(24)固定在測(cè)力計(jì)底板(25)上，可沿豎直限位槽(26)上下滑動(dòng)，并由板后的螺絲(27)固定位置。類(lèi)單擺(12)的上端固定一頂針轉(zhuǎn)軸(18)，裝在 型軸承固定架(13)上，下端固定一帶軸承的滑輪架(15)，該架中裝一輕小頂尖滑輪(16)，該滑輪平面與類(lèi)單擺片平面垂直，滑輪架(15)底部有一限位小柱(20)，它剛剛能插進(jìn)它正下方的限位孔(21)中。定滑輪(28)到測(cè)力板(23)后板面的距離，正好等于軌道(2)寬度的1/2。鋼性控制桿(7)，總長(zhǎng)約90厘米，其轉(zhuǎn)軸孔(9)左側(cè)的長(zhǎng)度大于右側(cè)長(zhǎng)度，固定于軌道(2)上的位置要以恰能把類(lèi)單擺(12)限制在自然下垂的位置為準(zhǔn)。
選材要求1、類(lèi)單擺(12)和它的滑輪架(15)均應(yīng)選用密度小，有一定硬度，不易變形，易于加工的材料。2、其它部分的材料也都應(yīng)具有一定硬度，不易變形，便于加工。3、各連接繩最好采用細(xì)尼龍線(xiàn)。
接線(xiàn)要求繞過(guò)定滑輪(28)與類(lèi)單擺滑輪架(15)相連的細(xì)線(xiàn)，需分接到該架兩側(cè)的軸上。
測(cè)力板(23)部分的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上述給出的尺寸，以及附圖中兩滑輪架的形狀均可有所變化，但必須保證儀器組裝完成后，類(lèi)單擺滑輪架(15)左右兩側(cè)(在軌道正面看)的兩段細(xì)線(xiàn)保持水平，繞過(guò)定滑輪(28)，接到測(cè)力計(jì)(24)上的豎線(xiàn)段保持豎直，該三段細(xì)線(xiàn)和連小砂桶(32)的細(xì)線(xiàn)共處于同一豎直平面內(nèi)。類(lèi)單擺(12)距測(cè)力計(jì)(24)不宜太近，以保證它有一定的擺動(dòng)范圍。
測(cè)力原理可通過(guò)調(diào)整測(cè)力計(jì)(24)在測(cè)力板(23)上的上下位置，以改變“預(yù)置”力的大小，使得當(dāng)通過(guò)控制桿(7)，先讓小車(chē)(5)作勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，后放開(kāi)類(lèi)單擺(12)時(shí)，類(lèi)單擺總停在原位置不動(dòng)，說(shuō)明它所受兩側(cè)拉力大小相等，即這時(shí)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)正好等于使小車(chē)作勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的拉力大小。
儀器優(yōu)點(diǎn)被測(cè)拉力是事先就“預(yù)置”好的(否則類(lèi)單擺將偏離原位置)，因此讀數(shù)非常方便。又因?yàn)轭?lèi)單擺非常靈敏，各轉(zhuǎn)動(dòng)部分摩擦足夠小，故測(cè)出的拉力準(zhǔn)確。
使用方法1、調(diào)軌道(2)水平調(diào)節(jié)調(diào)平螺絲(1)，使測(cè)力板(23)上的重錘(30)與重錘指尖(31)正對(duì)。
2、測(cè)量小車(chē)(5)所受摩擦力f。
把類(lèi)單擺限位小柱(20)插入其下的類(lèi)單擺限位孔(21)中，向小砂桶(32)內(nèi)放入少量細(xì)砂，調(diào)整測(cè)力計(jì)(24)的上下位置，“預(yù)置”測(cè)力計(jì)讀數(shù)等于小桶和砂的總重力。當(dāng)輕推小車(chē)(5)使之運(yùn)動(dòng)后，再放開(kāi)類(lèi)單擺(12)時(shí)，若類(lèi)單擺向右擺動(dòng)，說(shuō)明小車(chē)向右加速運(yùn)動(dòng)，則應(yīng)減少砂量，反之，則應(yīng)增加砂量。每次試做都要重新“預(yù)置”測(cè)力計(jì)讀數(shù)為改變后的小桶和砂的總重力G1，直到類(lèi)單擺被放開(kāi)后，總停在原位置不動(dòng)時(shí)，小車(chē)才作勻速運(yùn)動(dòng)。則小車(chē)所受的摩擦力f＝G1。
3、測(cè)量小車(chē)(5)勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)中所受的拉力F和加速度a。
用控制桿(7)控制住小車(chē)(5)和類(lèi)單擺(12)，在小砂桶中再加入重G2的砂，調(diào)整測(cè)力計(jì)位置，“預(yù)置”測(cè)力計(jì)讀數(shù)小于G1+G2，上提控制桿手柄(11)，先使小車(chē)作勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，后放開(kāi)類(lèi)單擺時(shí)，若類(lèi)單擺向左擺動(dòng)，說(shuō)明“預(yù)置”力小于小車(chē)受到的拉力，則需上移測(cè)力計(jì)；反之則需下移測(cè)力計(jì)，直到類(lèi)單擺剛好不動(dòng)時(shí)，即可從測(cè)力計(jì)上讀出小車(chē)受到的拉力F(小車(chē)所受的合外力F合＝F-f)。這時(shí)，可給小車(chē)上上紙帶，測(cè)出它在此拉力作用下加速度a。
4、用天平測(cè)出小車(chē)質(zhì)量M，計(jì)算并比較F合與Ma，即可定量驗(yàn)證牛頓第二定律。
另外，用此實(shí)驗(yàn)器也可定量驗(yàn)證動(dòng)量定理和動(dòng)能定理。


圖1是牛頓第二定律定量實(shí)驗(yàn)器整體圖。
圖2是控制桿圖。
圖3是類(lèi)單擺圖。
在
圖1至圖3中(1)調(diào)平螺絲 (2)軌道 (3)控制桿固定板 (4)計(jì)時(shí)器底盤(pán) (5)小車(chē) (6)橡膠止動(dòng)塊 (7)控制桿 (8)控制桿轉(zhuǎn)軸(9)控制桿轉(zhuǎn)軸孔 (10)小車(chē)擋臂 (11)控制桿手柄 (12)類(lèi)單擺 (13)類(lèi)單擺軸承固定架 (14)軸承調(diào)節(jié)螺栓 (15)滑輪架(16)頂尖滑輪 (17)穿線(xiàn)孔 (18)頂針轉(zhuǎn)軸 (19)類(lèi)單擺自然下垂標(biāo)志線(xiàn) (20)限位小柱 (21)類(lèi)單擺限位孔 (22)類(lèi)單擺限位桿 (23)測(cè)力板 (24)測(cè)力計(jì) (25)測(cè)力計(jì)底板 (26)豎直限位槽 (27)蝶形固定螺絲 (28)定滑輪 (29)重錘線(xiàn) (30)重錘(31)重錘指尖 (32)小砂桶部分部件規(guī)格、尺寸或材料舉例軌道(2)寬10厘米。測(cè)力板(23)木板，厚2厘米。類(lèi)單擺片(12)鋁合金，長(zhǎng)、寬、厚分別為30厘米、2厘米、1.1毫米。類(lèi)單擺自然下垂標(biāo)志線(xiàn)(19)距測(cè)力板(23)左邊1.7厘米。測(cè)力計(jì)(24)規(guī)格為1N×0.01N。豎直限位槽(26)長(zhǎng)、寬分別為25厘米和9毫米，上端距測(cè)力板(23)上邊2厘米，中心軸線(xiàn)距測(cè)力板(23)右邊1.7厘米?；?16)和(28)半徑均為7毫米。
權(quán)利要求1.一種可定量驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)裝置，它解決了對(duì)小車(chē)?yán)Φ臏?zhǔn)確、方便測(cè)量問(wèn)題。其特征在于在軌道(2)的右端有一與軌道垂直連接的測(cè)力板(23)，該板后板面與軌道外側(cè)面位于同一豎直平面，測(cè)力板(23)上懸掛一可左右靈活擺動(dòng)的類(lèi)單擺(12)，和一可沿豎直限位槽(26)上下滑動(dòng)，并能隨意固定位置的靈敏測(cè)力計(jì)(24)，測(cè)力計(jì)下方有一摩擦足夠小的輕小定滑輪(28)，三者在測(cè)力板上的位置分布，使類(lèi)單擺滑輪架(15)左右兩側(cè)(在軌道正面看)的兩段細(xì)線(xiàn)均保持水平，繞過(guò)定滑輪(28)、接到測(cè)力計(jì)(24)上的豎線(xiàn)段保持豎直，并且該三段細(xì)線(xiàn)和連小砂桶(32)的細(xì)線(xiàn)共處于同一豎直平面內(nèi)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型牛頓第二定律定量實(shí)驗(yàn)器,涉及一定量驗(yàn)證牛頓第二定律的裝置。它解決了小車(chē)?yán)Φ臏?zhǔn)確、方便測(cè)量問(wèn)題。它有一與軌道垂直連接的測(cè)力板(23),測(cè)力板上有可左右靈活擺動(dòng)的類(lèi)單擺(12),和一可沿豎直限位槽(26)上下滑動(dòng)的測(cè)力計(jì)(24)?？赏ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)測(cè)力計(jì)的上下位置,當(dāng)把小車(chē)(5)和類(lèi)單擺(12)放開(kāi)后,小車(chē)作勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,類(lèi)單擺總停在原處不動(dòng),則類(lèi)單擺所受兩側(cè)拉力大小相等,這時(shí)即可從測(cè)力計(jì)上讀出小車(chē)所受拉力。
文檔編號(hào)G09B23/10GK2499914SQ0123226
公開(kāi)日2002年7月10日 申請(qǐng)日期2001年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年7月30日
發(fā)明者韓敏, 李文軒 申請(qǐng)人:韓敏, 李文軒