專利名稱：力學教學多用儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及教學儀器技術領域，特別是普通高中、中專、高等師范院校在講授力學、運動學的必備實驗儀器。
現有的力學實驗儀器，有“打點計時器——平板小車”組件及“氣墊導軌”。前者設備粗陋，實驗誤差甚大，實無應用價值。后者雖然精確，但因附件較多，結構復雜，體大笨重，價格昂貴等原因而無法普及推廣。CN2088719U公開了一種“多功能力學實驗儀”，使力學儀器面貌有了改觀。但該儀有兩個缺點，影響了儀器的性能和功能(一)該儀用小車所載的兩個磁頭作用于同一個干簧管，利用兩磁頭到達干簧管的時間差來測速度。這一方案原理是正確的，也能夠測速度。但由于兩磁頭的距離受車身長度及安裝位置的限制，不能間隔很遠。這樣兩磁頭到達干簧管的時間差較小，因而測量時間的誤差就大了。(二)該儀在作“自由落體運動”和驗證“機械能守恒定律”兩個實驗時，是讓小車從空中墜落，這實際上很難操作，因而減少了儀器的功能。
本實用新型的任務在于針對“多功能力學實驗儀”的上述缺陷，提供一種力學教學多用儀，采用單磁頭先后作用于兩只微型磁控開關(干簧管)的方法來進行測時、測速。這樣可以方便地加大兩干簧管間的距離△S，也就必然增大了△t，從而減小偶然誤差。改用帶磁體和銜鐵的絕緣滑塊能較方便地作“自由落體”和“機械能守恒”這兩個實驗，解決了一種儀器作多項實驗的功能，確保了實驗精度及教學效果。
上述任務是這樣實現的。這種力學教學多用儀，是用運動磁體控制干簧管，干簧管控制多功能電子表組成自動計時組件，以提高測時精度，從而提高各項實驗的精確度。同時確保儀器具有“多功能”，使各項實驗均能順利實施。
本技術方案是用兩平行金屬導軌(兼作連接電路)，小車及滑塊進行實驗。在小車及滑塊上均裝有磁體和銜鐵。導軌的0－C區間，在規定位置上裝有七只夾裝微型磁控開關(干簧管)的彈簧夾座。各干簧管的極腳，均被彈簧夾座夾持固定。當作某些實驗時，對于不需要的干簧管，可方便地從彈簧片夾口處取下。各干簧管通過金屬彈片(有的還經過導軌)、雙芯插座、與雙芯插頭連接的電子計時器(多功能電子表的“0.01秒”按鈕)組成電路連接。在導軌的起始端，裝有帶電池的微型電磁鐵及換向開關。當小車或滑塊沿導軌運動時，它們所載磁體作用于各干簧管，使之吸合或斷開，從而控制相應電子表計時的起停，精確地記錄小車或滑塊的運動時間t，位移S在導軌上是確定的。由于S、t的測量均相當準確，于是就能較準確地測量小車或滑塊運動的速度和加速度等數據。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳述。
圖1為多功能力學實驗儀的結構示意圖圖2為力學教學多用儀的結構示意圖圖3為Ⅰ號小車結構圖圖4為Ⅱ號小車結構圖圖5為滑塊結構圖圖6為驗證動量守恒定律時，兩小車的初始位置示意圖這種力學教學多用儀，采用兩條平行金屬導軌(a1～a2)，Ⅰ號實驗小車(e)上裝有磁體(M)和銜鐵(N)，在導軌的0－C區間裝有七個干簧管(C1～C7)，在C2、C4、C6處裝雙芯插座(JK1～JK3)，與裝雙芯插頭的多功能電子表(b1～b3)的“0.01秒”按鈕構成電路連接，在導軌的起始端設有帶電池(f)的微型電磁鐵(d)及2×3的換向開關(K1)，在C6處裝有1×2微型開關(K2)，以改變C5、C6并聯接點的位置。在Ⅰ號小車上增加一限位叉(G)。增加一輛裝有磁體(M)和鋁質條片(H)的Ⅱ號小車及用絕緣材料制成的長方形薄型塊狀滑塊(R)，其下端裝有磁體(M)，上端裝有銜鐵(N)，兩側裝有彈性限位夾(S)。在導軌0－C區間的規定位置上裝有夾裝干簧管的彈簧夾座，使得C1與C2、C3與C4、C5與C6之間等間隔，C2與C3、C4與C5之間等間隔，且OA=AB=BC，導軌基座上裝有掛環(Q)。
當要測定小車在某區間的速度，如要測量小車經過C3－C4區間的速度時，可將干簧管C3、C4插上，其余干簧管取去不用，將多功能電子表b2插入JK2內計時。讓小車以一定速度通過C3、C4，當小車磁頭掠過C3時，C3吸合，電子表b2的“0.01秒”按鈕電極被短路(相當于對該按鈕按第一次)，b2開始計時。磁頭離開C3后，C3斷開，但計時并不停止。小車繼續前進，其磁頭掠過C4時，C4吸合導通，電子表b2的“0.01秒”按鈕再次被短路(相當于對該按鈕按第二次)，電子表計時立即停止。C3－C4間的距離△S是已知的，讀出電子表記錄的時間△t，即可由V＝ (△S)/(△t) 求出小車通過C3－C4區間的平均速度(當△S取得很小時，即可測“即時速度”)。本儀在驗證動量守恒定律時，測出的是準確的勻速運動速度。
當要研究勻變速運動規律時，可將導軌斜放，C端在下。將干簧管C2、C5、C7先后分別插上，每次只插一個。將電子表b1插入JK1內計時。先插上C2，將開關K1的刀片置于位置“1”，則K1a使電磁鐵(d)通電而將小車(e)吸住。然后將K1刀片由位置“1”迅速撥至位置“3”，則電磁鐵(d)斷電，小車便從0點由初速為零開始勻加速下滑。K1刀片在由“1”撥至“3”的途中，須經過中間位置“2”，刀片在位置“2”的瞬間，K1b將兩金屬導軌(a1、a2)瞬時接通一下，于是電子表b1啟動。所以，在小車開始下滑時，電子表b1同時開始計時。當小車磁頭到達A時，置于A處的干簧管C2吸合導通，電子表b1計時立即停止。由此十分精確地記錄了小車從0到A所經歷的時間t1。然后去掉C2，插上C5，并將1×2微型開關(K2)置于位置“1”，按前述方法測出小車從O到B所用的時間t2。再去掉C5插上C7，測出小車從O到C的時間t3。由于OA=AB=BC，即有OAOBOC＝123，實驗結果必有t1t2t3＝1
，即Sαt2，由此驗證了初速為零的勻加速運動規律。還可將儀器豎掛，在導軌的正下方放上墊有厚海綿的緩沖盒，用載磁有機玻璃滑塊(R)取代實驗小車(e)，按上述方法測出滑塊從O出發沿導軌落至A、B、C的時間，以驗證自由落體運動規律，證明其初速為零的勻加速運動。滑塊兩側裝有薄塑片制成的彈性限位夾(S)，保證滑塊下滑時沿導軌自由滑落。由于S、h、t均可準確測量，故還可由S＝ 1/2 at2，a＝ (2S)/(t2) 計算加速度a，從而可驗證牛頓第二定律(F＝ma)。另外，由自由落體公式h＝ 1/2 gt2，g＝ (2h)/(t2) ，可以測出g。還可由h＝Vt＝ (Vt)/2 。t得Vt＝ (2h)/(t) 即可求得滑塊下落高度h時的末速度Vt，從而可驗證機械能守恒定律(mgh＝ 1/2 mV2t)。在驗證動量守恒定律時，可將干簧管C1～C6插上，C7取去不用。將電子表b1、b2、b3分別插入JK1、JK2、JK3內。先將Ⅱ號小車放在特定位置Ⅱ號車的磁頭(M)應在C4、C5間的正中位置附近，以其靜止時不使C4或C5吸合為度。Ⅱ號車尾鋁片(H)的末端，則應在C2、C3間的正中位置附近(詳見圖6)。現讓Ⅰ號小車從C1左端以一定速度沖向Ⅱ號小車并與之發生碰撞。在此過程中，電子表b1、b2、b3分別記錄了Ⅰ號車碰前通過C1～C2的時間t1及Ⅰ號車碰后通過C3－C4的時間t1′，以及Ⅱ號車被碰后通過C5－C6的時間t2′。Ⅰ號車磁頭(M)到達C4上方后，該車上的限位叉(G)即被緊固于導軌基座上的限位架卡住而立即原地停車，不允許再有進退。因為C1與C2、C3與C4C5與C6間的距離均為固定的相同值，所以兩車的速度V1＝ (S)/(t1) ，V1′＝ (S)/(t1′) 、V2′＝ (S)/(t2′) 。即可由m1V1＝m1V1′＋m2V2′驗證動量守恒定律(式中m1、m2分別為Ⅰ、Ⅱ號車的質量，且m1＞m2)。
該力學教學多用儀，結構簡單，實驗精確度高，比“多功能力學實驗儀”的實驗誤差大大降低，原儀器實驗誤差為10％，而該儀器的誤差僅為2～3％。且該儀器具有多種用途，體積輕小，價格低廉，操作簡便，易于推廣，在教學中形象直觀。
權利要求1.一種采用兩條平行金屬導軌(a1、a2)，實驗小車的力學教學多用儀，I號小車(e)上裝有磁體(M)和銜鐵(N)，在導軌的0-C區間裝有t個微型磁控開關(C1-C7)，在C2、C4、C6處裝雙芯插座(JK1～JK3)，與裝雙芯插頭的電子計時器(b1～b3)構成電路連接，在導軌的起始端設有帶電池(f)的微型電磁鐵(d)及2×3的換向開關(K1)，其特征在于a.在I號小車上增加一限位叉(G)，增加一輛裝有磁體(M)和鋁質條片(H)的Ⅱ號小車及用絕緣材料制成的長方形薄型塊狀滑塊(R)，其下端裝有磁體(M)，上端裝有銜鐵(N)，兩側裝有彈性限位夾(S)，b.在導軌0-C區間的規定位置上裝有夾裝微型磁控開關的彈簧夾座，使得C1與C2、C3與C4、C5與C6之間等間隔，C2與C3、C4與C5之間等間隔，且OA=AB=BC，c.導軌基座上裝有掛環(Q)，d.C6處裝有1×2開關(K2)。
2.據權利要求1所述的多用儀，其特征在于微型磁控開關(C1～C7)可用干簧管。
3.據權利要求1所述的多用儀，其特征在于電子計時器(b1～b3)可用多功能電子表。
專利摘要本實用新型涉及教學儀器領域。屬于物理力學教學中必備的實驗儀器，是用兩條平行金屬導軌、裝有磁體和銜鐵的實驗小車、滑塊組成。用隨小車或滑塊運動的磁體，作用于固定在導軌墓座上的磁控開關，控制與之連接的電子計時器計時的起停，而進行多項力學實驗，該儀器結構簡單，體積輕小，價格低廉，實驗精確度高，在教學中形象直觀，且操作簡便，易于推廣。
文檔編號G09B23/00GK2121054SQ9222328
公開日1992年11月4日 申請日期1992年5月27日 優先權日1992年5月27日
發明者陳德棠 申請人:陳德棠