專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種驗(yàn)證牛頓第二定律的驗(yàn)證儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型專(zhuān)利提出了一種驗(yàn)證牛頓第二定律的驗(yàn)證儀器(驗(yàn)證a-F、a-1/M關(guān)系)，用于高中或大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，沒(méi)有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)原理不完善的系統(tǒng)誤差?？梢园言擈?yàn)證儀器用于探索牛頓第二定律、探索動(dòng)量定理、探索動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)中。技術(shù)背景目前,常用的牛頓第二定律的驗(yàn)證方法如附圖圖1所示，由l.重物2.繩子3.定滑輪4.小車(chē)5.滑板，認(rèn)為重物1的重力等于繩子2對(duì)小車(chē)4的拉力，實(shí)際上只有重物1的質(zhì)量遠(yuǎn)小于斜面上小車(chē)4的質(zhì)量時(shí)，兩者才近似相等.這就是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)原理不完善的系統(tǒng)誤差。為了減少該系統(tǒng)誤差，左邊懸掛的重物1的質(zhì)量的可調(diào)整范圍很小，測(cè)量的數(shù)據(jù)只能集中在一個(gè)很小的區(qū)域。由于數(shù)據(jù)很集中，很難看出趨勢(shì)，總結(jié)規(guī)律很勉強(qiáng)。老師們的實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果常常是實(shí)驗(yàn)的a-F、a-1/M圖線既不是直線，也不經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容為了克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)原理不完善的系統(tǒng)誤差，本發(fā)明專(zhuān)利提出了一種驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜏y(cè)量方法、驗(yàn)證儀器，利用該實(shí)驗(yàn)方法沒(méi)有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)原理不完善的系統(tǒng)誤差，只要實(shí)驗(yàn)者操作規(guī)范，實(shí)驗(yàn)的a-F、a-1/M為直線，且經(jīng)過(guò)坐標(biāo)的原點(diǎn)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種驗(yàn)證牛頓第二定律的驗(yàn)證儀器，由下向上分別由水平調(diào)整螺絲、水平底板、可升降墊塊、鉸鏈、中旋轉(zhuǎn)基板、直角可移動(dòng)尖劈、上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌、活動(dòng)卡口、可導(dǎo)向滑塊或小車(chē)、緩沖擋板組成，中旋轉(zhuǎn)基板一端通過(guò)鉸鏈與水平底板鉸接，另一端被可升降墊塊支撐；直角可移動(dòng)尖劈放置在中旋轉(zhuǎn)基板的活動(dòng)端；上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌一端通過(guò)活動(dòng)卡口相對(duì)中旋轉(zhuǎn)基板旋轉(zhuǎn)，另一端被直角可移動(dòng)尖劈的斜邊支撐。所述的直角可移動(dòng)尖劈上刻有刻度。使用時(shí)，首先將中旋轉(zhuǎn)基板繞鉸鏈微旋轉(zhuǎn)定位，利用數(shù)字毫秒計(jì)(或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)的監(jiān)控，使其傾角等于小車(chē)或滑塊沿斜面勻速下滑對(duì)對(duì)應(yīng)的斜面的傾角，然后上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌通過(guò)活動(dòng)卡口相對(duì)中旋轉(zhuǎn)基板形成第二次旋轉(zhuǎn)，上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌的另一端被直角可移動(dòng)尖劈的斜邊支撐，通過(guò)直角可移動(dòng)尖劈上的刻度，得出上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌上向下滑動(dòng)的滑塊或小車(chē)所受的合力Mg(sin9一Ucos6)的相對(duì)數(shù)值或絕對(duì)數(shù)值。利用數(shù)字毫秒計(jì)(或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)測(cè)量小車(chē)或滑塊的加速度、速度、運(yùn)動(dòng)時(shí)間，就可以驗(yàn)證牛頓第二定律、動(dòng)量定理、動(dòng)能定理。本實(shí)用新型的有益效果是:驗(yàn)證牛頓第二定律的a-F、a-l/M關(guān)系，實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)區(qū)域大，畫(huà)出的a-F、a-l/M圖線為直線，只要實(shí)驗(yàn)者操作規(guī)范，實(shí)驗(yàn)圖線基本經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，而且沒(méi)有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)原理不完善的系統(tǒng)誤差。.以下結(jié)合附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利作進(jìn)一步說(shuō)明.圖l是現(xiàn)在課本中的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。圖2是本發(fā)明專(zhuān)利的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。圖3是本發(fā)明專(zhuān)利所需要測(cè)量的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)原理的直觀說(shuō)明.圖4是是本發(fā)明專(zhuān)利實(shí)驗(yàn)儀器的總裝圖。圖5是實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程需要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)圖，圖中各裝置為2L鐵架臺(tái)、22.彈簧秤、16.上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌、17可導(dǎo)向滑塊圖4中各部分部件的作用9、10、11:水平調(diào)整螺絲。通過(guò)調(diào)整，保證水平底板12水平。12:水平底板。與水平調(diào)整螺絲一起，保持裝置水平、平穩(wěn)。13:可升降墊塊。使中旋轉(zhuǎn)基板14按要求旋轉(zhuǎn)一定的高度。14:中旋轉(zhuǎn)基板。能繞鉸鏈20自由旋轉(zhuǎn)，對(duì)上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌16的旋轉(zhuǎn)起到一個(gè)定位的作用。15:直角可移動(dòng)尖劈。能移動(dòng)，并將上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌16很方便墊起一定的高度，并能通過(guò)斜邊上面的刻度讀出傾斜高度h。h的含義見(jiàn)附圖圖3所示。16:上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌。能繞活動(dòng)卡口19自由旋轉(zhuǎn)，通過(guò)中旋轉(zhuǎn)基板14的定位，借助直角可移動(dòng)尖劈15斜邊上面的刻度，測(cè)量出上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌16相對(duì)于中旋轉(zhuǎn)基板14轉(zhuǎn)過(guò)的傾斜高度h。(h如圖3所示)17:可導(dǎo)向滑塊或小車(chē)。能沿上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌16平穩(wěn)滑下。18:緩沖擋板。對(duì)可導(dǎo)向滑塊或小車(chē)17起到緩沖作用。19:活動(dòng)卡口。保證上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌16能自由旋轉(zhuǎn)。20:鉸鏈。保證中旋轉(zhuǎn)基板14能自由旋轉(zhuǎn)。具體實(shí)施方式本發(fā)明依據(jù)的實(shí)驗(yàn)原理如附圖圖2所示6.斜面7.滑塊S.墊塊.研究滑塊7，當(dāng)滑塊7在斜面6上下滑時(shí)，滑塊7受到的合力為F合力二Mgsin0一tiMgcos9(1)其中9為斜面6相對(duì)水平面的夾角.假設(shè)，斜面6相對(duì)水平面的夾角e=e時(shí)，物體恰沿斜面勻速下滑，則有MgsinP—uMgcosP=0由上面的等式得到l^tane,將l^tane代入(l)有F合力^Mgsin9一tanPMgcos0=Mgsin9—Mgcos9XsinP/cos0=Mg(sin6XcosP—cos9XsinP)/cosPF合力Mgsin(0—e)/cose(2)其中.(e—e)就是小車(chē)剛勻速下滑時(shí)斜面的位置與現(xiàn)在斜面所在位置的夾角，見(jiàn)附圖圖3所示.F合fMgsin6—iiMgcos6=Mgsin(0—e)/cosP=Mgh/(LXcosP)(3)h、L的含義見(jiàn)附圖圖3所示。由于g/(LxC0Se)同一實(shí)驗(yàn)中是固定不變的，合力的數(shù)值就可以用Mh等效表示。a)探索物體質(zhì)量不變時(shí)，物體的加速度與受到的合外力的關(guān)系要研究F^與加速度a的關(guān)系，只要研究h與加速a的關(guān)系。只要旋轉(zhuǎn)斜面，得到多組h(如圖3)，利用數(shù)字毫秒計(jì)(或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)測(cè)量出相應(yīng)的加速度a,畫(huà)出h-a圖線，探索出h-a的關(guān)系，也就得到了F^與加速度a的關(guān)系。(2)探索物體所受到的拉力不變時(shí)，物體的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系當(dāng)改變物體的質(zhì)量時(shí)，怎樣才能做到保持合力不變化？這其實(shí)很簡(jiǎn)單，只要每次改變小車(chē)的質(zhì)量，同時(shí)旋轉(zhuǎn)斜面(如圖3),保證F合^Mgh/(LXcose)不變化，也就是Mh的乘積不發(fā)生變化，就可以了。利用數(shù)字毫秒計(jì)(或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)，測(cè)量出相應(yīng)的加速度a，就得到了物體的合外力不變時(shí)，物體的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系。實(shí)施例驗(yàn)證牛頓第二定律。需要的其他儀器50克的砝碼幾個(gè)，數(shù)字毫秒計(jì)(或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程(用數(shù)字毫秒計(jì)進(jìn)行測(cè)量)(1):首先確定可導(dǎo)向滑塊沿上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌勻速下滑時(shí)，圖4的中旋轉(zhuǎn)基板轉(zhuǎn)過(guò)的高度H。(H含義見(jiàn)圖3，為可升降墊塊13的高度)。①.利用圖5，測(cè)量上旋轉(zhuǎn)16導(dǎo)軌與可導(dǎo)向滑塊17之間的動(dòng)摩擦系數(shù)w=f/mg②.調(diào)整圖4的9、10、ll水平調(diào)整螺絲，使水平底板12水平③.在距離鉸鏈20左端1米處(見(jiàn)圖4)，放置墊塊13，則可升降墊塊13的高度H為H=1Xtan0=U=f/mg(2):探索物體質(zhì)量不變時(shí)，物體的加速度與受到的合外力的關(guān)系①.將上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌16相對(duì)中旋轉(zhuǎn)基板轉(zhuǎn)過(guò)(e—e)角度，通過(guò)直角可移動(dòng)尖劈15，測(cè)量出上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌16相對(duì)于中旋轉(zhuǎn)基板14轉(zhuǎn)過(guò)的傾斜高度h(h如圖3所示)。②.可導(dǎo)向滑塊沿上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌平穩(wěn)滑下，利用數(shù)字毫秒計(jì)，測(cè)量出相應(yīng)的加速度a③.改變h,實(shí)現(xiàn)多次測(cè)量。畫(huà)出a-h(F)圖象。測(cè)量表格l:M=_克實(shí)驗(yàn)次數(shù)h(F合力Mgh/(LXcosP))<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>(3):探索物體所受到的拉力不變時(shí)，物體的加速度與其質(zhì)量的關(guān)系①.將上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌16相對(duì)中旋轉(zhuǎn)基板轉(zhuǎn)過(guò)(e—e)角度，通過(guò)直角可移動(dòng)尖劈15，測(cè)量出上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌16相對(duì)于中旋轉(zhuǎn)基板14轉(zhuǎn)過(guò)的傾斜高度h(h如圖3所示)。②.可導(dǎo)向滑塊沿上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌平穩(wěn)滑下，利用數(shù)字毫秒計(jì)，測(cè)量出相應(yīng)的加速度a③.改變物塊質(zhì)量M，同時(shí)改變h，保證Mh的乘積不發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)多次測(cè)量。畫(huà)出a-1/M圖象。測(cè)量表格2:F合^Mgh/(LXcose)不變化<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權(quán)利要求1一種驗(yàn)證牛頓第二定律的驗(yàn)證儀器，由下向上分別由水平調(diào)整螺絲、水平底板、可升降墊塊、鉸鏈、中旋轉(zhuǎn)基板、直角可移動(dòng)尖劈、上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌、活動(dòng)卡口、可導(dǎo)向滑塊或小車(chē)、緩沖擋板組成，其特征是中旋轉(zhuǎn)基板一端通過(guò)鉸鏈與水平底板鉸接，另一端被可升降墊塊支撐；直角可移動(dòng)尖劈放置在中旋轉(zhuǎn)基板的活動(dòng)端；上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌一端通過(guò)活動(dòng)卡口相對(duì)中旋轉(zhuǎn)基板旋轉(zhuǎn)，另一端被直角可移動(dòng)尖劈的斜邊支撐。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的驗(yàn)證儀器，其特征是所述的直角可移動(dòng)尖劈上刻有刻度。專(zhuān)利摘要一種驗(yàn)證牛頓第二定律的驗(yàn)證儀器。由下向上分別由水平調(diào)整螺絲、水平底板、可升降墊塊、鉸鏈、中旋轉(zhuǎn)基板、可移動(dòng)尖劈、上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌、活動(dòng)卡口、可導(dǎo)向滑塊或小車(chē)、緩沖擋板組成，其特征是中旋轉(zhuǎn)基板一端通過(guò)鉸鏈與水平底板鉸接，另一端被可升降墊塊支撐；可移動(dòng)尖劈放置在中旋轉(zhuǎn)基板的活動(dòng)段；上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌一端通過(guò)活動(dòng)卡口相對(duì)中旋轉(zhuǎn)基板旋轉(zhuǎn)，另一端被可移動(dòng)尖劈的斜邊支撐。通過(guò)可移動(dòng)尖劈的上的刻度，方便得出上旋轉(zhuǎn)導(dǎo)軌上向下滑動(dòng)的滑塊或小車(chē)所受的合力Mg(sinθ-μcosθ)的相對(duì)數(shù)值或絕對(duì)數(shù)值。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不存在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)原理不完善的系統(tǒng)誤差。文檔編號(hào)G09B23/00GK201174183SQ20072003685公開(kāi)日2008年12月31日申請(qǐng)日期2007年4月30日優(yōu)先權(quán)日2007年4月30日發(fā)明者鐵李申請(qǐng)人:鐵李