[實(shí)用新型]一維、二維碰撞動(dòng)量守恒驗(yàn)證儀器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420539941.8
• 申請(qǐng)日: 2014-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN204315142U
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹江勇;鄔云文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉首大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B23/10
• 分類號(hào): G09B23/10
• 代理公司: 深圳市興科達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44260
• 代理人: 王翀

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型專利提出了一種新型的驗(yàn)證一維碰撞，以及二維碰撞動(dòng)量守恒的驗(yàn)證方式。可用于初高中以及大學(xué)的物理教學(xué)。解決傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器中要求碰撞體質(zhì)量大于被碰撞體質(zhì)量的限制，更彌補(bǔ)了傳統(tǒng)儀器中不能做二維碰撞動(dòng)量守恒驗(yàn)證的不足。可以把該儀器用于一、二維碰撞的動(dòng)量守恒以及平拋運(yùn)動(dòng)的探究。

背景技術(shù)

目前對(duì)于動(dòng)量守恒的驗(yàn)證教學(xué)儀器情況如下：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器配合小車，通過測(cè)量小車碰撞前后打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出點(diǎn)的情況來驗(yàn)證動(dòng)量守恒；用氣墊導(dǎo)軌配合光電門測(cè)量碰撞前后的速度來驗(yàn)證動(dòng)量守恒；用導(dǎo)軌引導(dǎo)小球發(fā)生碰撞，記錄碰撞后小球平拋運(yùn)動(dòng)留下的落點(diǎn)情況來驗(yàn)證動(dòng)量守恒（如附圖1）。以附圖1用導(dǎo)軌引導(dǎo)小球碰撞來驗(yàn)證動(dòng)量守恒為例，該該儀器由1.定位板2.入射球3.靶球4.支球柱5.木板6.白紙等構(gòu)成；由動(dòng)量守恒定理可知實(shí)驗(yàn)中當(dāng)入射球的質(zhì)量小于于靶球時(shí)，入射球碰撞后將沿其初始方向的反向運(yùn)動(dòng)即往導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)，而由于導(dǎo)軌的存在阻礙了這種運(yùn)動(dòng)，從而入射球落不到下面木板上白紙。因此該儀器無法實(shí)現(xiàn)小質(zhì)量物體撞大質(zhì)量物體的動(dòng)量守恒驗(yàn)證。同樣的道理，若改變?nèi)肷淝虻娜肷浞较蚴怪c靶球發(fā)生二維碰撞，由于導(dǎo)軌的存在阻礙了碰撞后入射球的運(yùn)動(dòng)，因而這樣的碰撞也無法進(jìn)行。除此之外用支球柱支撐靶球，碰撞時(shí)支球柱本身會(huì)對(duì)靶球有個(gè)阻礙作用，這提高了系統(tǒng)誤差性。上述儀器的實(shí)驗(yàn)方法都是用來驗(yàn)證一維碰撞的動(dòng)量守恒，無法驗(yàn)證二維碰撞時(shí)的動(dòng)量守恒。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器中存在不足以及減小系統(tǒng)誤差，彌補(bǔ)二維碰撞動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)這一空白，為了加強(qiáng)學(xué)生們對(duì)二維碰撞動(dòng)量守恒的理解，加深他們對(duì)動(dòng)量守恒的認(rèn)識(shí)以及應(yīng)用，因此發(fā)明這個(gè)可以驗(yàn)證動(dòng)量守恒的儀器。實(shí)現(xiàn)二維碰撞的動(dòng)量守恒驗(yàn)證，首先得保證碰撞是二維的，其次碰撞前后碰撞體的速度相關(guān)信息要便于測(cè)量，上面所提到碰撞動(dòng)量守恒驗(yàn)證儀器的那些構(gòu)思都實(shí)現(xiàn)不了二維碰撞。該發(fā)明專利用了一種新型的實(shí)驗(yàn)儀器來控制小球的碰撞，只要實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范，儀器結(jié)構(gòu)的完整，便可以進(jìn)行多種情況下的一維碰撞以及二維碰撞的動(dòng)量守恒驗(yàn)證也可以擴(kuò)展用來做平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)用新型發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：(1)用于實(shí)現(xiàn)一維碰撞以及二維碰撞的動(dòng)量守恒的驗(yàn)證。該儀器主要由有機(jī)玻璃板配合螺絲等連接用的金屬器件做成的支架（底座、豎直臂、水平臂、擺臂、固定臂），以及由電磁鐵、開關(guān)、發(fā)光二極管、電阻、彈片開關(guān)，等構(gòu)成的電路兩大部分組合而成。底座是有機(jī)玻璃做成的長(zhǎng)方形板子，底座側(cè)邊連接著豎直臂，豎直臂的有機(jī)玻璃里面銜有電路的導(dǎo)線以及開關(guān)1和電源接入口，豎直臂上方套著水平臂，水平臂可通過調(diào)節(jié)螺絲的松緊沿著豎直臂上下移動(dòng)。并且水平臂內(nèi)部也有電路導(dǎo)線以及開關(guān)2和指示燈，導(dǎo)線與豎直臂通過豎直臂最上方的接線口連接。(2)?內(nèi)部電路連接情況主要是電源的正極出來后傳節(jié)開關(guān)1，然后分為兩個(gè)支路每個(gè)支路上連接一開關(guān)分別為開關(guān)2開關(guān)3，之后兩支路并合，后面連接著兩個(gè)并聯(lián)的電磁鐵和與電磁鐵串聯(lián)的并串接有電阻的發(fā)光二極管，之后再回到電源負(fù)極。（3）擺臂和固定臂一端連接在水平臂上一端連接著電磁鐵.。（4）擺臂分為兩部分?jǐn)[臂臂桿和擺臂支座。擺臂臂桿下面固定的電磁鐵?上面通過軸承連接在擺臂支座上，從而它可以在豎直面擺動(dòng)，擺臂支座上面通螺絲連接在水平臂上，可以通過調(diào)節(jié)上方的螺絲改變它跟水平臂的夾角，從而改變下方擺臂臂桿的擺動(dòng)方向。（5）擺臂支座的側(cè)邊裝有開關(guān)3（非自鎖拔片開關(guān)，當(dāng)擺臂臂桿處于豎直狀態(tài)時(shí)該開關(guān)會(huì)被擺臂臂桿斷開，從而斷開了電磁鐵的電路。固定臂直接與水平臂和電磁鐵相連。

使用儀器進(jìn)行動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，由于該儀器是用擺臂和固定臂上電磁鐵吸附的小鐵球來進(jìn)行碰撞，而擺臂臂桿上的電磁鐵吸附著的小球當(dāng)擺臂臂桿擺到豎直狀態(tài)小鐵球處于最低位置時(shí)，擺臂臂桿下的小球和固定臂下的小球剛好接觸要發(fā)生碰撞，這時(shí)候開關(guān)3也被擺臂臂桿斷開兩個(gè)電磁鐵斷電，兩個(gè)小球被電磁鐵釋放碰撞后自由運(yùn)動(dòng)，從而允許了小質(zhì)量體碰撞大質(zhì)量體的碰撞情況并減少了系統(tǒng)誤差。由于擺臂支座與水平臂的的夾角可以任意調(diào)節(jié)從而擺臂臂桿的擺動(dòng)方向也就可以控制。因此便可以通過改變擺臂的擺動(dòng)方向來降碰撞調(diào)至非對(duì)心，從而實(shí)現(xiàn)二維碰撞。具體操作步驟由下面附圖說明給出。

該儀器的有益效果：在進(jìn)行碰撞時(shí)可以不受碰撞體與被碰撞體質(zhì)量大小的因素影響，碰撞后小球受其它因素小，減少了系統(tǒng)誤差。并且碰撞的方向可調(diào)，可演示多種情況下的碰撞，豐富了實(shí)驗(yàn)理論的結(jié)合。

附圖說明：

????????圖1.傳統(tǒng)動(dòng)量守恒驗(yàn)證儀器圖