驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置制造方法
【專利摘要】一種驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置，它的面板是斜面板，用水平支架和豎直支架支撐，斜面板短邊有一系列平行的軌道擋板卡槽，長邊上附有斜面標(biāo)尺，另一條長邊上設(shè)有軌道擋板，小車置于斜面板的表面上，且小車內(nèi)部放置有帶電小球，整個斜面裝置與垂直斜面的平行板電容器相連，平行板電容器與穩(wěn)壓電源連接。斜面板的表面上間隔設(shè)置與電腦通用計(jì)數(shù)器連接的兩道光電門，調(diào)節(jié)角度指示儀置于斜面板與水平支架的夾角之間。用斜面角度指示儀來調(diào)節(jié)斜面的傾角；用標(biāo)尺讀數(shù)測量重物沿斜面下滑的距離；用兩個光電門及電腦通用計(jì)數(shù)器記錄重物經(jīng)過兩光電門時的瞬時速度；軌道保證下滑的重物做直線運(yùn)動。實(shí)驗(yàn)過程和計(jì)算過程簡單，便于學(xué)生理解掌握。
【專利說明】驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)工具，特別是涉及一種物理教學(xué)中使用的驗(yàn)證牛頓第二 定律和動能定理的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常，物理教學(xué)中驗(yàn)證牛頓第二定律時，重物要在平面上或氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動，通過 改變重物質(zhì)量或滑塊質(zhì)量，可以定量研究重物加速度與其質(zhì)量和所受合外力的關(guān)系，但重 物重力和滑輪轉(zhuǎn)動慣量引起的系統(tǒng)誤差很難消除。驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)過程打點(diǎn)計(jì) 時器會打出十多條紙帶，其中有的紙帶打的不清晰，對紙帶的篩選耗時，還要利用紙帶進(jìn)行 二十多次計(jì)算，計(jì)算程序復(fù)雜，直接影響教學(xué)的進(jìn)程和效果。
[0003] 驗(yàn)證動能定理通常是利用重物的自由落體，演示重物自由落體的整個過程，來說 明動能定理，實(shí)驗(yàn)操作難于控制、直觀性較差，且數(shù)據(jù)繁瑣，不便于學(xué)生理解、掌握。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的諸多缺陷，本實(shí)用新型提供一種測量數(shù)據(jù)精確的驗(yàn)證 牛頓第二定律和動能定理的裝置。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置，包括電腦通用計(jì)數(shù)器、調(diào)節(jié)角度指示 儀、標(biāo)尺、面板、砝碼、彈簧、小車、支撐架、平行板電容器，所述的面板為斜面板，支撐架由水 平支架和堅(jiān)直支架組成，斜面板用水平支架和堅(jiān)直支架支撐，斜面板的一條長邊上附有斜 面標(biāo)尺，斜面板的另一條長邊上設(shè)有軌道擋板，裝有帶電小球的小車置于斜面板的表面上， 斜面板的表面上間隔設(shè)置有兩道光電門，兩道光電門通過連接線與電腦通用計(jì)數(shù)器連接， 調(diào)節(jié)角度指示儀置于寫面板與水平支架的夾角之間；整個斜面裝置放置于平行板電容器 中，平行板電容器與穩(wěn)壓電源連接。
[0007] 作為優(yōu)選方案，所述的堅(jiān)直支架是伸縮支架。
[0008] 作為優(yōu)選方案，所述的兩道光電門的長度與斜面板的寬度可調(diào)。
[0009] 作為優(yōu)選方案，所述的軌道前端和末端分別設(shè)置有多個用于固定軌道擋板的卡 槽，卡槽相互平行。
[0010] 作為優(yōu)選方案，斜面裝置放置于與其垂直的平行板電容器中。
[0011] 采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型用斜面裝置驗(yàn)證牛頓第二定律， 調(diào)節(jié)斜面合適的傾斜角度使重物靜止于斜面，利用斜面角度指示儀，精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)斜面的傾 角；用可伸縮支架支撐斜面，斜面上附有標(biāo)尺，通過標(biāo)尺讀數(shù)可以精確測量重物沿斜面下滑 的距離；通過斜面上的兩個光電門及電腦通用計(jì)數(shù)器相連，可記錄重物經(jīng)過兩光電門時的 瞬時速度；斜面上寬度可調(diào)的軌道可以保證下滑的重物做直線運(yùn)動。本裝置以電場力代替 配重小桶通過定滑輪給重物施加拉力，從而消除了重物重力和滑輪轉(zhuǎn)動慣量引起的系統(tǒng)誤 差，實(shí)驗(yàn)簡單、明了，便于學(xué)生理解掌握。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013] 圖2是斜面板傾角為零時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖中，平行板電容器1，穩(wěn)壓電源2，帶電小球3，第二道光電門4，電腦通用計(jì)數(shù)器 5，第一道光電門6，軌道擋板7，小車8，彈簧9，堅(jiān)直支架10，斜面標(biāo)尺11，水平支架12，調(diào)節(jié) 角度指示儀13,斜面板14。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。
[0016] 本實(shí)用新型公開了一種驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置，這種裝置由面板、 調(diào)節(jié)角度指示儀13、小車8、電腦通用計(jì)數(shù)器5、支撐架、電容器等組成。具體結(jié)構(gòu)見附圖1。
[0017] 本實(shí)施例的面板傾斜30度放置構(gòu)成斜面板14,支撐架由水平支架12和堅(jiān)直支架 10組成，堅(jiān)直支架10是可伸縮的支架。水平支架12 -端與斜面板14的30度角處固定連 接，另一端與堅(jiān)直支架10固定，堅(jiān)直支架10與水平支架12相垂直，堅(jiān)直支架10的另一端 與斜面板14的60度角處固定，水平支架12和堅(jiān)直支架10呈直角三角形結(jié)構(gòu)支撐斜面板 14,這種設(shè)置增強(qiáng)了斜面板的穩(wěn)固性能。與斜面板14垂直的方向，且整個斜面裝置置于平 行板電容器1中，電容器1與穩(wěn)壓電源2相連，這樣電容器兩極板間電壓可調(diào)，在斜面板14 的一條長邊上附有斜面標(biāo)尺11，斜面板14的另一條長邊上設(shè)有軌道，軌道上安裝軌道擋板 7,軌道的前端和末端安裝固定軌道擋板7的一系列相互平行的卡槽，軌道擋板7卡在卡槽 內(nèi)，可根據(jù)重物的體積大小來調(diào)節(jié)軌道擋板7的位置，從而調(diào)節(jié)軌道的寬度，以保證下滑重 物做直線運(yùn)動。
[0018] 小車8置于斜面板的表面上，小車8上裝有配重砝碼，小車8中放置有帶電小球8， 帶電小球8是帶電量的小球，帶電小球8放電即電量的改變通過與之接觸的不帶電小球?qū)?現(xiàn)。小車8的外力是電場力，斜面板14的表面上間隔設(shè)置第一、第二道光電門6、4,第一、第 二兩道光電門6、4的長度與斜面板14的寬度相等，第一、第二兩道光電門6、4分別通過連 接線與電腦通用計(jì)數(shù)器5連接，調(diào)節(jié)角度指示儀8置于斜面板14與水平支架12的夾角（30 度角）之間。
[0019] 為了使小車8得到初速度，在與小車8同軸線的斜面板14的另一短邊的表面安裝 壓縮彈簧9。
[0020] 本實(shí)用新型的電腦通用計(jì)數(shù)器5、調(diào)節(jié)角度指示儀13、光電門均為市售產(chǎn)品。
[0021] 本實(shí)用新型的演示過程：
[0022] 調(diào)節(jié)斜面板14的傾角，通過電腦通用計(jì)數(shù)器5顯示重物在斜面做勻速運(yùn)動，使質(zhì) 量為M帶電為q的小車8平衡于斜面上。此時小車8重力沿斜面向下的分力與摩擦力平 衡，小車8靜止于斜面之上，小車8和砝碼的質(zhì)量M不變，給平行板電容器1施加電壓，電壓 的大小通過穩(wěn)壓電源來調(diào)節(jié)，小車8受到沿斜面向下的電場力后在第一光電門6之前加速 運(yùn)動，經(jīng)過第一、第二光電門4、6的速度為Vl、V2，第一、第二兩光電門之間的距離為s，根據(jù) 運(yùn)動學(xué)公式求加速度a，在小車8和車中砝碼質(zhì)量和帶電量不變的情況下，改變平行板電容 器1間的電壓，因?yàn)閹щ娦∏?的帶電量q和電容器極板間距離d為常數(shù)，電場力即小車的 合外力與電壓成正比將測出一系列加速度，描繪加速度與電壓的關(guān)系曲線，驗(yàn)證小車8質(zhì) 量一定的情況下，其加速度與合外力呈正比，實(shí)驗(yàn)中電場力的改變也可通過改變帶電小球3 的電量來實(shí)現(xiàn)。同樣的實(shí)驗(yàn)方法，測量相同的物理量，保證電容器間電壓不變即小車8和砝 碼所受的拉力不變，改變小車8和砝碼的質(zhì)量，將測出不同小車8質(zhì)量下的加速度，描繪加 速度和小車砝碼質(zhì)量的關(guān)系曲線，驗(yàn)證加速度與小車砝碼質(zhì)量成反比。
[0023] 由驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證動能定理。
[0024] 具體驗(yàn)證方法實(shí)施例：
[0025] 調(diào)節(jié)斜面角度指示儀13,使斜面傾角0 =0,如圖2所示，調(diào)節(jié)第一、第二光電門4、 6的位置，使兩道光電門間的距離為s，s的數(shù)值由斜面標(biāo)尺11讀出。質(zhì)量為M的小車8和 砝碼靜止于第一道光電門6之前，壓縮彈簧9頂接小車8使小車8獲得初速度，小車8在摩 擦力的作用下減速經(jīng)過兩道光電門6和4,電腦通用計(jì)數(shù)器5記錄小車8經(jīng)過第一、第二道 光電門6、4的速度分為為V1、V2，則小車8的加速度為：

【權(quán)利要求】
1. 一種驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置，包括電腦通用計(jì)數(shù)器、調(diào)節(jié)角度指示儀、 標(biāo)尺、面板、砝碼、彈簧、小車、支撐架、平行板電容器，其特征在于，所述的面板為斜面板，支 撐架由水平支架和堅(jiān)直支架組成，斜面板用水平支架和堅(jiān)直支架支撐，斜面板的一條長邊 上附有斜面標(biāo)尺，斜面板的另一條長邊上設(shè)有軌道擋板，裝有帶電小球的小車置于斜面板 的表面上，斜面板的表面上間隔設(shè)置有兩道光電門，兩道光電門通過連接線與電腦通用計(jì) 數(shù)器連接，調(diào)節(jié)角度指示儀置于寫面板與水平支架的夾角之間；整個斜面裝置放置于平行 板電容器中，平行板電容器與穩(wěn)壓電源連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置，其特征在于，所述的 堅(jiān)直支架是伸縮支架。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置，其特征在于，所述的 兩道光電門的長度與斜面板的寬度可調(diào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置，其特征在于，所述的 軌道前端和末端分別設(shè)置有多個用于固定軌道擋板的卡槽，卡槽相互平行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驗(yàn)證牛頓第二定律和動能定理的裝置，其特征在于，斜面裝 置放置于與其垂直的平行板電容器中。
【文檔編號】G09B23/10GK204143707SQ201420697438
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】黃洪云 申請人:唐山學(xué)院