[實用新型]牛頓第二運動定律實驗裝置

有效

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• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN206657543U
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 李志強;羅奎光;張永德;郭雪如;王佳;顏艷梅
• 申請（專利權）人: 衡陽師范學院
• 主分類號: G09B23/06
• 分類號: G09B23/06
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙)43205
• 代理人: 龍騰,黃麗

技術領域

本實用新型涉及實驗器材技術領域，尤其指一種牛頓第二運動定律實驗裝置。

背景技術

在高中物理教材中的牛頓第二運動定律實驗演示裝置是由具有一定質量的小車、與小車配置使用的牽拉繩、定滑輪、砝碼以及打點計時器等構成，使用時須將小車放置在一塊光滑木板上，木板的一端安裝定滑輪，另一端固定打點計時器，小車的一端用細線繞過定滑輪并拴住砝碼，小車的另一端用細繩拴有紙帶，紙帶穿過打點計時器，通過紙帶上的打點記錄出相關數(shù)據(jù)，然后在小車質量不變的情況下改變牽引力的大小來驗證牛頓第二定律（F=ma）中牽引力大小與加速度大小的關系（即m不變時，F(xiàn)與a是成正比的關系），或者在牽引力大小不變的情況下改變小車質量來驗證牛頓第二定律（F=ma）中物體質量與加速度大小的關系（即F不變時，m與a是成反比的關系）。雖然上述演示裝置理論上可以幫助學生對牛頓第二運動定律有一個定量的認識，然而目前在教學應用過程中的普遍狀況是：學校購入了演示儀器，老師卻不愿意在實際教學中使用。原因在于：一、實驗過程中需要注意的點較多，一旦出現(xiàn)失誤操作，整個實驗就需要重新開始，這對于一節(jié)物理課40-45分鐘來說，時間往往是不夠的；二、由于儀器自身及操作誤差，實驗結果往往與理論值存在偏差，并不能完全達到定量認識的目的。三、一旦偏差過大導致實驗失敗，會導致學生理解混亂。實際上老師課堂演示時只需要讓學生對牛頓第二運動定律有個定性認識就可以了，定量認識的教學目的可以通過課后或者時間較長（連續(xù)兩節(jié)小課）的實驗課讓學生自己動手來達成，基于上述思路，設計一種幫助學生定性認識牛頓第二運動定律的實驗演示裝置就顯得很有必要。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種牛頓第二運動定律實驗裝置，其操作簡捷，無需利用打點計時器記錄數(shù)據(jù)，可直觀看出牛頓第二定律中牽引力大小與加速度大小及質量之間的關系，能夠幫助學生定性認識該物理學定律。

為了解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：牛頓第二運動定律實驗裝置，包括由上往下依次設置且相互平行的上層軌道、中層軌道及下層軌道，所述上層軌道的長度大于中層軌道的長度，所述中層軌道的長度大于下層軌道的長度，所有軌道上均設有小車，所述小車的后端連接有拉繩，所有軌道的前端均設有定滑輪，所述小車的前端連接有牽引繩，所述牽引繩繞設在定滑輪上，所述牽引繩上吊著一個可放置鉤碼的有底筒狀部件，所有軌道的后端設有用于同時釋放或拉緊所有拉繩的拉繩控制機構。

其中，所述拉繩控制機構包括設于各軌道后端的安裝板和鎖止桿，所述安裝板上由上往下依次水平開設有三個供拉繩穿過的第一穿線孔，所述鎖止桿上由上往下依次水平開設有三個供拉繩穿過的第二穿線孔，所述安裝板上由上往下還依次設有三個鎖止座且各鎖止座上均豎直開設有供鎖止桿穿過的通孔，所述鎖止桿從通孔中豎直穿過各鎖止座，所述拉繩從第一穿線孔和第二穿線孔中穿出，所述鎖止桿外部套設有第一彈簧，所述鎖止桿的頂端設有限位端頭，所述第一彈簧位于限位端頭與最上方的鎖止座之間，所述鎖止桿的底端設有用于防止其從最下方鎖止座的通孔中脫出的限位擋圈，在所述第一彈簧的彈力作用下，所述第二穿線孔與對應鎖止座的通孔發(fā)生錯位，將所述拉繩夾住。

進一步，所述鎖止桿上通過螺紋連接有三個螺帽，每個螺帽對應設置于一個第二穿線孔下方，往上旋動所述螺帽可使第二穿線孔的出口變小，在所述第一彈簧的彈力作用下，所述第二穿線孔與對應鎖止座的通孔發(fā)生錯位，之后所述拉繩被螺帽的頂端面以及鎖止座的底端面夾住。

優(yōu)選的，所述拉繩控制機構還包括電磁鐵以及用于控制電磁鐵電流通斷的控制器，所述鎖止桿上安裝有可被電磁鐵吸住的導磁部件，所述電磁鐵通電時，所述電磁鐵對導磁部件產(chǎn)生的磁吸力使得鎖止桿向下移動釋放拉繩；所述電磁鐵斷電時，在所述第一彈簧彈力作用下，所述鎖止桿向上移動，所述第二穿線孔與對應鎖止座的通孔發(fā)生錯位，使得所述拉繩再次被夾住。

更優(yōu)選的，所有軌道的前端均設有用于釋放或夾住牽引繩的牽引繩控制機構，所述牽引繩控制機構連接所述控制器，所述控制器控制牽引繩控制機構與拉繩控制機構同步執(zhí)行夾住或釋放動作。

其中，所述小車的前端面上開設圓孔并設有磁塊，所有軌道的前端均設有限位座，所述限位座的后端設有套管，所述套管內設有磁鐵，所述套管的后端設有緩沖墊，所述套管內還設有一根水平貫穿磁鐵及緩沖墊并往外伸出的柱形銷棒，當所述小車運行至軌道前端時，所述柱形銷棒插入圓孔中，所述小車繼續(xù)前行撞上緩沖墊，所述緩沖墊被壓縮，在所述磁鐵與磁塊之間磁吸力作用下，最后所述小車抵靠在緩沖墊上并被固定。