一种牛顿第一定律实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种牛顿第一定律实验装置，包括：玻璃筒、凹面罩、小球、第一光电门、第二光电门、支柱、底座。所述的支柱上标有刻度尺，依次安装有第一光电门与第二光电门，并可通过立柱上刻度尺读出两个光电门之间的距离；凹面罩为塑料制成的漏斗形，小球能通过凹面罩的中心圆孔较准确的落入玻璃筒的中心处；小球在液体内自由下落，达到匀速运动时，通过数字计时装置测出小球通过不同位置时，在相等的距离内所用的时间相等，证明小球在所受合外力为零时做匀速直线运动，从而精确验证牛顿第一定律。该装置结构简单，被测物体是真实的匀速直线运动，实验方法合理、独特，结果准确，并可作为产生匀速直线运动的装置用于其它实验中。

【技术实现步骤摘要】
一种牛顿第一定律实验装置
本专利技术涉及一种物理实验装置，尤其涉及一种牛顿第一定律实验装置。
技术介绍
在中学物理教学中，牛顿第一定律是一个重要学习内容。牛顿第一定律表明，一切物体在没有受到力的作用时(合外力为零时)，总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种运动状态。由于地球引力的存在，没有受到外力作用的物体并不存在，所以验证牛顿第一定律的实验中，很重要的一点是验证物体在受到合外力为零的力的作用时，总保持匀速直线运动状态。由于摩擦力的存在，很难得到纯粹的物体做匀速直线运动状态，常见的较为准确的是利用气垫导轨，让小车通过不同的光电门，所用时间相同，说明在摩擦阻力极小、忽略空气阻力情况下，小车近似匀速直线运动。但是这种方法一是设备较大，需要专门的场地才能进行；二是实验中噪音很大，影响环境，影响实验教学的效果；三是实验结果并不准确，因为小车确实不是在做匀速直线运动，光电门所测得的是小车运行到不同位置区间时的速度，由于摩擦力、空气的粘滞阻力等影响，所以小车通过各个光电门所在的位置区间所用的时间并不相等，有时差距很大，难以让学生相信小车是在做匀速直线运动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种实验装置，物体在受到合外力为零的力的作用时，总保持匀速直线运动状态，从而精确的验证牛顿第一定律。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：实验装置结构，一种牛顿第一定律实验装置，如图1所示，包括：玻璃筒1、凹面罩2、小球3、第一光电门4、第二光电门5、支柱6、底座7。所述的玻璃筒1为厚壁圆玻璃筒，内径为3厘米，长60厘米，壁厚0.5厘米。所述的支柱6上标有刻度尺，和底座7保持垂直状态，从上到下依次安装有第一光电门4与第二光电门5，各个光电门可以在立柱6上自由移动，并可通过刻度尺读出两个光电门之间的距离。所述的第一光电门4、第二光电门5均套装在支柱6上，并与计时装置连接。作为优选，计时装置选择HA8-J0201-CC型数字计时器，工作电源AC220±10％V50Hz，计时精度0.1ms，检测探头2路。HA8-J0201-CC型数字计时器具有“S1”计时工作状态：任一光电门遮光时开始计时，遮光结束后停止计时，仪器屏幕依次显示出遮光次数和遮光时间。本专利技术中，所用的光电门发光装置和接收装置之间距离等于玻璃筒外径，玻璃筒1从发光装置和接收装置之间穿过，发光装置发出的光线恰好通过圆玻璃筒1的轴线。所述的小球3为铝制轻质金属球，直径为1厘米。所述的凹面罩2为塑料制成的漏斗形，小端向下盖在玻璃筒1的上端部，中心圆孔的直径略大于小球3的直径，小球3能通过圆孔较准确的落入玻璃筒1的中心处。所述的牛顿第一定律实验装置使用时，还需配备液体介质，如透明的缝纫机油1000毫升。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的牛顿第一定律实验装置，结构简单，没有噪音，不需要小球3下落的液体为无限宽广，小球直径大而光电门发光装置和接收装置之间距离小，容易实现小球的遮光计时，实验成功率高。附图说明图1为本专利技术实施例提供的牛顿第一定律实验装置的结构示意图。图中：1、玻璃筒，2、凹面罩，3、小球，4、第一光电门，5、第二光电门，6、支柱，7、底座。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。首先向玻璃筒1内加入已备好的缝纫机油至略低于玻璃筒1的管口，当凹面罩2小端向下盖在玻璃筒1的上端部时，凹面罩2的底部和油面平齐，这样在后面所述实验中，即保证了小球3从同一高度下落到液体中，也可减小小球对液体的冲击作用。然后将实验装置置于水平的平台上，目的是为了使得玻璃筒1处于和水平面保持垂直状态，这样才能保证小球3始终沿着玻璃筒1的中心位置自由下落，也使得小球3所受到筒壁影响产生的横向力相互抵消，保证了筒壁对小球所产生作用力的合力方向向上。在正式测量前，需要大致判断出小球3下落受力达到平衡时的位置，具体操作是将铝质金属小球3通过凹面罩2投入装满缝纫机油的玻璃筒1的中心处，小球3在缝纫机油内自由下落，小球3由初速度为零开始速度逐渐增大，当速度达到最大值时，小球3所受到的合外力为零，开始以的恒定速度做匀速直线运动，通过观察即可判定小球3在缝纫机油内开始做匀速运动的位置，在玻璃筒1上相对于此位置做出标记，即在玻璃筒1上画一条横线。然后将第一光电门4、第二光电门5调整至该横线以下，并保持二光电门之间距离大约20厘米左右。注意小球3在接近玻璃筒1的底部时，因筒底对液体的挤压作用，使得液体的粘滞阻力逐渐增大，小球3所受到的合外力不再为零，不是匀速直线运动状态，所以第二光电门5应在距离玻璃筒1底部约10厘米以上。将HA8-J0201-CC型数字计时器置于“S1”状态。当小球3通过第一光电门4，遮光时开始计时，遮光结束后停止计时，小球3继续通过第二光电门5，同样遮光时开始计时，遮光结束后停止计时，仪器屏幕依次显示出遮光次数和遮光时间，可以看出小球通过两个光电门时遮光时间是相等的。通过测量小球3的直径，则小球3的直径除以遮光时间，即为小球3的运行速度，可以得到小球3通过第一光电门4、第二光电门5运行速度相等。所以小球3下落速度达到最大时，所受合外力为零，小球3保持在这一速度下做匀速直线运动。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的牛顿第一定律实验装置具有如下特点：(1)小球3自由下落达到平衡时，所受到的合外力为零，被测物体不是做近似的匀速运动，而是真实的在做匀速直线运动，数字计时装置又具有较高的精度，所以通过本专利技术的装置可以精确验证牛顿第一定律，并可作为产生匀速直线运动的通用装置用于其它实验中。(2)小球3在液体中自由下落时，因为盛放液体的玻璃筒1内径做得很小，小球3的直径做得较大，而光电门尺寸也较小，较容易的保证小球下落时通过光电门发光装置发出的光线，实现遮光计时。所以调整方便，操作快捷，成功率高。(3)改变小球3的质量，或将缝纫机油改换为粘滞系数不同的其它液体，小球3匀速下落的速度数值发生改变，但仍为匀速直线运动。通过该实验可以精确地证明牛顿第一定律，即一切物体在没有受到力的作用时(合外力为零时)，总保持匀速直线运动状态或静止状态。以上所述，仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种牛顿第一定律实验装置，其特征在于，包括：玻璃筒、凹面罩、小球、第一光电门、第二光电门、支柱、底座；所述的支柱上标有刻度尺，并和底座保持垂直状态，从上到下依次安装有第一光电门与第二光电门，各个光电门可以在立柱上自由移动，并可通过刻度尺读出两个光电门之间的距离；所述的凹面罩为塑料制成的漏斗形，小端向下盖在玻璃筒的上端部，小球能通过凹面罩的中心圆孔较准确的落入玻璃筒的中心处。

【技术特征摘要】
1.一种牛顿第一定律实验装置，其特征在于，包括：玻璃筒、凹面罩、小球、第一光电门、第二光电门、支柱、底座；所述的支柱上标有刻度尺，并和底座保持垂直状态，从上到下依次安装有第一光电门与第二光电门，各个光电门可以在立柱上自由移动，并可通过刻度尺读出两个光电门之间的距离；所述的凹面罩为塑料制成的漏斗形，小端向下盖在玻璃筒的上端部，小球能通过凹面罩的中心圆孔较准确的落入玻璃筒的中心处。2.根据权利要求1所述的牛顿第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：湖州师范学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33