[發(fā)明專利]一種動態(tài)可變拋物線的實驗儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810342982.0
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108564858B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周莉;梁法庫;闞宏澤;曹建民
• 申請（專利權(quán)）人: 齊齊哈爾大學
• 主分類號: G09B23/12
• 分類號: G09B23/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本專利公開了一種動態(tài)可變拋物線的實驗儀，主要由裝水扁方盒、電動機、電源、臺桌及手機構(gòu)成，其特征是：電動機轉(zhuǎn)軸固定一塑料轉(zhuǎn)盤，裝水扁方盒插入塑料轉(zhuǎn)盤的槽中固定，一輕質(zhì)直桿的一端垂直于裝水扁方盒且固定在塑料轉(zhuǎn)盤上，另一端固定手機；所述裝水扁方盒為透明樹脂板制成的頂部有孔的扁方盒，裝水扁方盒的一個側(cè)面刻有網(wǎng)格，在裝水扁方盒中裝入一定量水與少許染色煤油，用膠塞插入方盒孔使裝水扁方盒密封；裝水扁方盒與手機以相同角速度隨電動機一起旋轉(zhuǎn)，可以觀察到對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的裝水扁方盒中的液面，探究拋物線方程。制造成本低、易制作、效果明顯。

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及演示一種動態(tài)可變拋物線的實驗儀，屬于大學數(shù)理實驗儀器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在大學物理課與高等數(shù)學課中經(jīng)常用到旋轉(zhuǎn)拋物線的概念，特別對初學力學課程的大學生，對旋轉(zhuǎn)液體的液面為拋物面的證明是有一定難度的，理解困難，本專利發(fā)明人也在文獻[1]中給出了系列研究，缺少相應(yīng)的一些演示實驗，現(xiàn)有技術(shù)主要用牛頓水桶實驗來研究，由于液體的粘滯使旋轉(zhuǎn)的液體達到同一角速度花的時間較長，觀察也是比較困難，到目前沒有對這一問題給出更好可信定性與定量演示實驗，如何實現(xiàn)演示內(nèi)容豐富，視覺效果明顯，可信的演示實驗儀器，本專利就要解決這個問題。本專利是在國家自然基金項目（項目號：11405092）、黑龍江省省屬高等學校基本業(yè)務(wù)費科研項目（項目號：135209251）、黑龍江省高等學校教改與應(yīng)用項目（項目號：SJGY20170385）及齊齊哈爾市科學技術(shù)項目（項目號：GYGG-201423）的支持下完成的（發(fā)明人闞宏澤為齊齊哈爾中學學生）。

參考文獻：

[1].梁法庫. 開拓一道力學題[J]《大學物理》：1987年10期。

發(fā)明內(nèi)容

本專利是解決課堂或課下用的一種動態(tài)可變拋物線的實驗儀，著重是通過裝水扁方盒與手機在電動機驅(qū)動下以同一角速度旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)動態(tài)可變拋物線的技術(shù)。

本專利技術(shù)方案：一種動態(tài)可變拋物線的實驗儀，主要由裝水扁方盒、電動機、電源、臺桌及手機構(gòu)成，其特征是：電動機通過電動機固定套固定在絕緣的臺桌的面板上，所述電動機固定套為鐵板材料制成，電動機轉(zhuǎn)軸固定一塑料轉(zhuǎn)盤，所述塑料轉(zhuǎn)盤為有過轉(zhuǎn)軸的與裝水扁方盒相匹配的槽，裝水扁方盒插入塑料轉(zhuǎn)盤的槽中固定，裝水扁方盒的中心軸與電動機轉(zhuǎn)軸在同一直線上；一輕質(zhì)直桿的一端垂直于裝水扁方盒且固定在塑料轉(zhuǎn)盤上，另一端固定手機（至少具有具有照相、錄像、聲控與防抖動功能的智能手機），確保裝水扁方盒在手機攝像范圍內(nèi)（手機正對裝水扁方盒）；所述裝水扁方盒為透明樹脂板（透明塑料板）制成的頂部有孔的扁方盒，裝水扁方盒的一個側(cè)面（正對手機的一側(cè)面）刻（印）有網(wǎng)格（圖紙方格），在裝水扁方盒中裝入一定量水（為裝水扁方盒的內(nèi)空間1/4~1/2）與少許染色煤油（在水面形成薄層是為了便于觀察水的表面，也可以只用水，不加少許染色煤油），用膠塞插入方盒孔使裝水扁方盒密封；

所述臺桌的面板打有兩個通孔用于帶絕緣表皮的導線穿過，電動機與固定在臺桌的面板上的電源通過帶絕緣表皮的導線和變速開關(guān)連接；

演示時候，打開手機為錄像或者拍照狀態(tài)（也可以啟用直播功能），調(diào)節(jié)裝水扁方盒處在手機的攝像范圍內(nèi)，閉合變速開關(guān)，裝水扁方盒與手機以相同角速度隨電動機一起旋轉(zhuǎn)，變速開關(guān)調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速，可以觀察到對應(yīng)轉(zhuǎn)速下的裝水扁方盒中的液面，通過攝取的液面圖像讀取數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)擬合、分析、探究拋物線方程。

對于裝水扁方盒中液體的液面為拋物線的證明：液面液體微元受力分析，支持力，重力，建立水平徑向為軸正向，豎直向上為軸正向

列得方程

聯(lián)立得出

，選擇桶底為坐標原點，為拋物線頂點到桶底的距離。