專利名稱：驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器，屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器領(lǐng)域。
物理教學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，由于物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器落后，給學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)造成許多不便，影響了學(xué)生對(duì)牛頓第二定律的理解，尤其到目前為止尚還沒(méi)有一種驗(yàn)證牛頓第二定律、且不改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式的情況下與現(xiàn)代高新技術(shù)相結(jié)合的教學(xué)儀器。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種新穎、不改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式，便于學(xué)生接受，省課時(shí)、直觀性強(qiáng)、耐用、易操作提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果，制造成本低，與計(jì)算機(jī)或電子秒表對(duì)接的驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器。
本實(shí)用新型的目的由如下技術(shù)方案實(shí)施其包括有兩套小車，道軌、定滑輪，其還有一矩形框架組成立體形式為上、下雙層道軌，在所述矩形框架的頂端有一水平儀，在框架底部設(shè)置有三個(gè)矩形框架水平的調(diào)整螺釘，其位置為三角形方式排列，在所述框架的一側(cè)立柱與上、下道軌固定，在所述框架的另一側(cè)立柱上設(shè)置有上、下兩個(gè)平衡摩擦調(diào)整器，與上、下道軌和該側(cè)立柱固定，在所述上、下道軌一端分別為一所述小車，另一端的擋板外側(cè)分別為一所述定滑輪，與所述小車由細(xì)繩相連，在所述兩小車的另一側(cè)邊上都安裝有撞片，在所述每一小車一端道軌底面安裝有電磁鐵，所述電磁鐵上部為機(jī)械開關(guān)，所述機(jī)械開關(guān)與所述小車尾部相卡接，在所述每一小車一端的道軌尾部分別安裝有小車啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)鍵K1、K2，在所述平衡摩擦調(diào)整器一端的道軌的外側(cè)距兩小車起點(diǎn)的等距離處，為小車碰撞觸發(fā)開關(guān)鍵K3、K4。
所述雙層道軌一端的擋板內(nèi)側(cè)為多層箭頭防掉擋桿，在所述防掉擋桿上有彈簧。
所述小車前部設(shè)置有與所述防掉擋桿前部箭頭相對(duì)應(yīng)的小孔，在小孔后邊為防掉器卡片、卡片按鈕軸、按鈕軸彈簧。
所述機(jī)械開關(guān)由“T”形桿，“T”形桿上的彈簧及與“T”形桿垂直相固定連接的小鉤組成。
所述小車啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)鍵K1、K2、小車碰撞觸發(fā)開關(guān)鍵K3、K4分別與計(jì)算機(jī)鍵盤上的控制計(jì)時(shí)器的鍵電路連接，或與電子秒表按鈕電路連接。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是新穎，便于學(xué)生接受，直觀性強(qiáng)、耐用、易操作、省課時(shí)、提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果、制造成本低，在廣大農(nóng)村學(xué)校中可以和電子跑表相結(jié)合，在城市發(fā)達(dá)地區(qū)，又可以和計(jì)算機(jī)對(duì)接，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理，到繪圖及系統(tǒng)誤差分析一次完成，是一種非常理想的驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器。
圖面說(shuō)明


圖1為本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為
圖1的A-A剖面圖。
圖3為本實(shí)用新型的上、下電磁鐵電路串聯(lián)連接示意圖。
圖4為本實(shí)用新型的上、下電磁鐵電路并聯(lián)連接示意圖。
圖5為本實(shí)用新型的K1、K3、K4與計(jì)算機(jī)相連的示意圖。
圖6為本實(shí)用穎型的K1、K3或K2、K4與電子跑表相連的電路示意圖。
如
圖1、圖2所示，驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器包括有兩套小車1，道軌2、定滑輪3，其還有一矩形框架4組成立體形式，為上下雙層道軌，在矩形框架4的頂端有一水平儀5，在框架4底部設(shè)置有三個(gè)矩形框架調(diào)整螺釘6，其位置為三角形，在框架4的一側(cè)立柱7與上、下道軌2固定，在框架的另一側(cè)立柱8上設(shè)置有上、下兩個(gè)平衡摩擦調(diào)整器9，與上、下道軌2和該側(cè)立柱8固定，在上、下道軌2一端分別為一小車1，另一端的擋板10外側(cè)分別為一定滑輪3，與小車1由細(xì)繩相連，兩小車1的另一側(cè)邊上都安裝有撞片22，在上、下道軌上的上、下小車1一端道軌底面安裝有電磁鐵11，電磁鐵11上部為機(jī)械開關(guān)12，機(jī)械開關(guān)12由“T”形桿16，“T”形桿16上的彈簧17及與“T”形桿16垂直相固定連接的小鉤18組成，機(jī)械開關(guān)12與小車1尾部相卡接，是通過(guò)小鉤18相卡接的。在小車1一端的道軌尾部安裝有小車啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)鍵K1、K2，在平衡摩擦調(diào)整器9一端的道軌2外側(cè)距兩小車起點(diǎn)的等距離處為小車碰撞開關(guān)鍵K3、K4，當(dāng)小車同時(shí)行始至K3、K4處時(shí)，撞片22分別將K3、K4聯(lián)通，觸發(fā)K3、K4所連接電路，如圖5、圖6所示。
上、下道軌2一端的擋板10內(nèi)側(cè)為多層箭頭防掉擋桿13，在防掉擋桿13上有彈簧14，防掉擋桿13前部的箭頭可以是兩層、三層，也可以是多層。小車1前部設(shè)置有與防掉擋桿13前部箭頭相對(duì)應(yīng)的小孔19，在小孔19后邊為防掉器卡片15及卡片按鈕軸20、按鈕軸彈簧21。當(dāng)上、下小車1到達(dá)終點(diǎn)，分別觸發(fā)了碰撞開關(guān)鍵K3、K4，又被防掉擋桿13擋住，由于防掉擋桿13前部的多層箭頭結(jié)構(gòu)，防掉擋桿13前部的箭頭插入到小車1前部的小孔19內(nèi)，被防掉器卡片15擋住。
小車啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)鍵K1、K2、小車碰撞觸發(fā)開關(guān)鍵K3、K4分別與計(jì)算機(jī)鍵盤上的控制計(jì)算機(jī)鍵電路連接，或與電子秒表按鈕電路連接。
如圖3、圖4所示，兩小車啟動(dòng)時(shí)必須同時(shí)，所以由兩個(gè)電磁鐵，分別與道軌底面連接，通過(guò)電磁鐵吸動(dòng)桿控制上下道軌上的機(jī)械開關(guān)，兩個(gè)電磁鐵可以是串聯(lián)，也可以是并聯(lián)電路，由一按扭開關(guān)控制。在正負(fù)直流電路中并聯(lián)一個(gè)二級(jí)管和一個(gè)電容器，用以消除脈沖電流，防止與計(jì)算機(jī)對(duì)接后發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象。由于電磁鐵有剩磁不能直接控制兩小車啟動(dòng)，所以兩電磁鐵控制機(jī)械開關(guān)，使其實(shí)驗(yàn)精度更高。上下道軌上的兩小車通過(guò)位移相同，小車同時(shí)從靜止開始運(yùn)動(dòng)，根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式S＝1/2at2，得a＝2s/t2，那么，a1/a2＝t22/t12，所以需要測(cè)量?jī)绍囃ㄟ^(guò)這段位移的時(shí)間t1、t2。
如圖5所示，在與計(jì)算機(jī)對(duì)接時(shí)，采用與鍵盤的鍵連接。具體方案如下在小車出發(fā)的啟始位置放置K1用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)啟始計(jì)時(shí)信號(hào)，因?yàn)閮尚≤囃瑫r(shí)開始，所以用K1就可以了。在距兩小車啟始位置等距離的位置分別在道軌上放兩個(gè)觸發(fā)開關(guān)K3、K4用來(lái)產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)束信號(hào)。(計(jì)時(shí)器采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘)，從實(shí)驗(yàn)儀器上的觸發(fā)開關(guān)K1、K3、K4的一邊全部并聯(lián)后引一根引線到計(jì)算機(jī)鍵盤上的所有鍵的公共邊上連接。K1、K3、K4的另一邊引三根引線對(duì)應(yīng)連接在鍵盤上的鍵7、鍵8、鍵9，也可設(shè)置為其它鍵，只要軟件與其對(duì)應(yīng)即可。數(shù)據(jù)采集，觸發(fā)K1，相當(dāng)于按下鍵盤上的鍵7為兩小車啟動(dòng)，觸發(fā)K3，相當(dāng)于按下鍵盤上的鍵8為上小車結(jié)束，觸發(fā)K4，相當(dāng)于按下鍵盤上的鍵9為下小車結(jié)束。計(jì)算機(jī)分別記錄從按下鍵7到鍵8(或K1觸發(fā)到K3觸發(fā))的時(shí)間為t1，按下鍵7到鍵9(或K1觸發(fā)到K4觸發(fā))的時(shí)間為t2。數(shù)據(jù)采集結(jié)束后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
(1)a-F數(shù)據(jù)處理從鍵盤輸入兩小車受到的拉力F1、F2，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集，得到兩車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1、t2，分別計(jì)算其比值F1、F2，分別計(jì)算其比值F1/F2及t22/t12(即a1/a2)，在誤差允許范圍內(nèi)，這兩比值相等。
(2)a-m數(shù)據(jù)處理從鍵盤輸入兩小車受到的拉力m1、m2，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集，得到兩車的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t1、t2，分別計(jì)算其比值m2/m1及t22/t12(即a1/a2)，在誤差允許范圍內(nèi)，這兩比值相等。
c繪圖及系統(tǒng)誤差分析采集到的數(shù)據(jù)用電腦繪制成圖表，分析比較直觀。由于用這種方法做牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)，有系統(tǒng)誤差，所以在軟件部分增加了系統(tǒng)誤差分析，分析出產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素，并得出減小系統(tǒng)誤差的方法。
與電子跑表相連。如圖6所示，電子跑表讀秒計(jì)時(shí)，觸發(fā)按鈕有三種狀態(tài)1、調(diào)零觸發(fā)，2、計(jì)時(shí)觸發(fā)，3、計(jì)時(shí)終了觸發(fā)。根據(jù)其電路觸發(fā)原理，實(shí)現(xiàn)了本實(shí)驗(yàn)儀器上下道軌的觸發(fā)開關(guān)K1、K2、K3、K4，與各自的電子跑表對(duì)接，上道軌使用一塊電子跑表，它的讀秒觸發(fā)按鈕簧片與K1、K3的一邊并聯(lián)后的線頭連接，K1、K3的另一邊并聯(lián)后的線頭與讀秒觸發(fā)按鈕簧片對(duì)應(yīng)的簧片(即讀秒計(jì)時(shí)與時(shí)鐘、日歷等的公共邊)連接。另一邊并聯(lián)后的線頭與讀秒觸發(fā)和時(shí)鐘顯示，調(diào)整公共的簧片連接。下道軌用另一塊電子跑表與K2、K4連接，其方法和上道軌相同。
操作方法首先觸發(fā)上道軌的K1或K3和觸發(fā)下道軌的K2或K4，使兩塊電子跑表計(jì)時(shí)調(diào)整成零。然后按動(dòng)電磁鐵按鈕，兩電磁鐵同時(shí)啟動(dòng)兩機(jī)械開關(guān)，兩小車同時(shí)脫離機(jī)械開關(guān)，與此同時(shí)兩機(jī)械開關(guān)接通K1和K2電路，此次觸發(fā)為計(jì)時(shí)開始。待上下小車駛出一段距離后，松開電磁鐵按鈕，上下電磁鐵、機(jī)械開關(guān)和K1、K2都恢復(fù)到原先狀態(tài)。等上、下小車分別按各自速度行駛到K3、K4的位置時(shí)，由上、下小車的撞片分別觸發(fā)上下道軌上的K3、K4，此次觸發(fā)為計(jì)時(shí)終了觸發(fā)，得到t1、t2，其操作符合電子跑表的三種狀態(tài)。然后計(jì)算比值F1/F2或m2/m1及t22/t12。
權(quán)利要求1.一種驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器，包括有兩套小車，道軌、定滑輪，其特征在于其還有一矩形框架組成立體形式為上、下雙層道軌，，在所述矩形框架的頂端有一水平儀，在框架底部設(shè)置有三個(gè)矩形框架水平的調(diào)整螺釘，其位置為三角形方式排列，在所述框架的一側(cè)立柱與上、下道軌固定，在所述框架的另一側(cè)立柱上設(shè)置有上、下兩個(gè)平衡摩擦調(diào)整器，與上、下道軌和該側(cè)立柱固定，在所述上、下道軌一端為小車，另一端的擋板外側(cè)為一所述定滑輪，在所述兩小車的另一側(cè)邊上都安裝有撞片，在所述小車一端道軌底面安裝有電磁鐵，所述電磁鐵上部為機(jī)械開關(guān)，所述機(jī)械開關(guān)與所述小車尾部相卡接，在所述小車一端的道軌尾部分別安裝有小車啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)鍵K1、K2，在所述平衡摩擦調(diào)整器一端的道軌的外側(cè)為小車碰撞觸發(fā)開關(guān)鍵K3、K4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器，其特征在于所述雙層道軌一端的擋板內(nèi)側(cè)為多層箭頭防掉擋桿，在所述防掉擋桿上有彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器，其特征在于所述小車前部設(shè)置有與所述防掉擋桿前部箭頭相對(duì)應(yīng)的小孔，在小孔后邊為防掉器卡片、卡片按鈕軸、按鈕軸彈簧。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的一種驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器，其特征在于所述機(jī)械開關(guān)由“T”形桿，“T”形桿上的彈簧及與“T”形桿垂直相固定連接的小鉤組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器，其特征在于所述小車啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)鍵K1、上、下小車在距起點(diǎn)的等距離處碰撞觸發(fā)開關(guān)鍵K3、K4分別與計(jì)算機(jī)鍵盤上的鍵電路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器，其特征在于所述小車啟動(dòng)觸發(fā)開關(guān)鍵K1、K2、所述小車碰撞觸發(fā)開關(guān)鍵K3、K4分別與與兩塊電子秒表按鈕電路連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種驗(yàn)證牛頓第二定律的教學(xué)儀器,其包括有小車,道軌、定滑輪,矩形框架,在矩形框架的頂端有一水平儀,雙層道軌,兩個(gè)平衡摩擦調(diào)整器,在每一小車一端道軌底面安裝有電磁鐵吸動(dòng)桿,電磁鐵吸動(dòng)桿上部為機(jī)械開關(guān),機(jī)械開關(guān)與小車尾部相卡接等,上下小車的啟動(dòng)和終了觸發(fā)開關(guān)可以和電子跑表對(duì)接,又可和計(jì)算機(jī)鍵盤上的控制時(shí)鐘的鍵對(duì)接。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2459722SQ0026381
公開日2001年11月14日 申請(qǐng)日期2000年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月27日
發(fā)明者丁九恩, 王文梅, 楊永平, 劉彥 申請(qǐng)人:呼和浩特市第十四中學(xué)