验证牛顿第二定律的教学仪器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种验证牛顿第二定律的教学仪器，其包括有小车，道轨、定滑轮，矩形框架，在矩形框架的顶端有一水平仪，双层道轨，两个平衡摩擦调整器，在每一小车一端道轨底面安装有电磁铁吸动杆，电磁铁吸动杆上部为机械开关，机械开关与小车尾部相卡接等，上下小车的启动和终了触发开关可以和电子跑表对接，又可和计算机键盘上的控制时钟的键对接。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种验证牛顿第二定律的教学仪器，属于教学实验仪器领域。物理教学是以实验为基础的学科，由于物理教学实验仪器落后，给学生在做实验时造成许多不便，影响了学生对牛顿第二定律的理解，尤其到目前为止尚还没有一种验证牛顿第二定律、且不改变传统实验方式的情况下与现代高新技术相结合的教学仪器。本技术的目的在于提供一种新颖、不改变传统实验方式，便于学生接受，省课时、直观性强、耐用、易操作提高教学实验效果，制造成本低，与计算机或电子秒表对接的验证牛顿第二定律的教学仪器。本技术的目的由如下技术方案实施其包括有两套小车，道轨、定滑轮，其还有一矩形框架组成立体形式为上、下双层道轨，在所述矩形框架的顶端有一水平仪，在框架底部设置有三个矩形框架水平的调整螺钉，其位置为三角形方式排列，在所述框架的一侧立柱与上、下道轨固定，在所述框架的另一侧立柱上设置有上、下两个平衡摩擦调整器，与上、下道轨和该侧立柱固定，在所述上、下道轨一端分别为一所述小车，另一端的挡板外侧分别为一所述定滑轮，与所述小车由细绳相连，在所述两小车的另一侧边上都安装有撞片，在所述每一小车一端道轨底面安装有电磁铁，所述电磁铁上部为机械开关，所述机械开关与所述小车尾部相卡接，在所述每一小车一端的道轨尾部分别安装有小车启动触发开关键K1、K2，在所述平衡摩擦调整器一端的道轨的外侧距两小车起点的等距离处，为小车碰撞触发开关键K3、K4。所述双层道轨一端的挡板内侧为多层箭头防掉挡杆，在所述防掉挡杆上有弹簧。所述小车前部设置有与所述防掉挡杆前部箭头相对应的小孔，在小孔后边为防掉器卡片、卡片按钮轴、按钮轴弹簧。所述机械开关由“T”形杆，“T”形杆上的弹簧及与“T”形杆垂直相固定连接的小钩组成。所述小车启动触发开关键K1、K2、小车碰撞触发开关键K3、K4分别与计算机键盘上的控制计时器的键电路连接，或与电子秒表按钮电路连接。本技术的优点是新颖，便于学生接受，直观性强、耐用、易操作、省课时、提高教学实验效果、制造成本低，在广大农村学校中可以和电子跑表相结合，在城市发达地区，又可以和计算机对接，从数据采集、数据处理，到绘图及系统误差分析一次完成，是一种非常理想的验证牛顿第二定律的教学仪器。图面说明附图说明图1为本技术的整体结构示意图。图2为图1的A-A剖面图。图3为本技术的上、下电磁铁电路串联连接示意图。图4为本技术的上、下电磁铁电路并联连接示意图。图5为本技术的K1、K3、K4与计算机相连的示意图。图6为本实用颖型的K1、K3或K2、K4与电子跑表相连的电路示意图。如图1、图2所示，验证牛顿第二定律的教学仪器包括有两套小车1，道轨2、定滑轮3，其还有一矩形框架4组成立体形式，为上下双层道轨，在矩形框架4的顶端有一水平仪5，在框架4底部设置有三个矩形框架调整螺钉6，其位置为三角形，在框架4的一侧立柱7与上、下道轨2固定，在框架的另一侧立柱8上设置有上、下两个平衡摩擦调整器9，与上、下道轨2和该侧立柱8固定，在上、下道轨2一端分别为一小车1，另一端的挡板10外侧分别为一定滑轮3，与小车1由细绳相连，两小车1的另一侧边上都安装有撞片22，在上、下道轨上的上、下小车1一端道轨底面安装有电磁铁11，电磁铁11上部为机械开关12，机械开关12由“T”形杆16，“T”形杆16上的弹簧17及与“T”形杆16垂直相固定连接的小钩18组成，机械开关12与小车1尾部相卡接，是通过小钩18相卡接的。在小车1一端的道轨尾部安装有小车启动触发开关键K1、K2，在平衡摩擦调整器9一端的道轨2外侧距两小车起点的等距离处为小车碰撞开关键K3、K4，当小车同时行始至K3、K4处时，撞片22分别将K3、K4联通，触发K3、K4所连接电路，如图5、图6所示。上、下道轨2一端的挡板10内侧为多层箭头防掉挡杆13，在防掉挡杆13上有弹簧14，防掉挡杆13前部的箭头可以是两层、三层，也可以是多层。小车1前部设置有与防掉挡杆13前部箭头相对应的小孔19，在小孔19后边为防掉器卡片15及卡片按钮轴20、按钮轴弹簧21。当上、下小车1到达终点，分别触发了碰撞开关键K3、K4，又被防掉挡杆13挡住，由于防掉挡杆13前部的多层箭头结构，防掉挡杆13前部的箭头插入到小车1前部的小孔19内，被防掉器卡片15挡住。小车启动触发开关键K1、K2、小车碰撞触发开关键K3、K4分别与计算机键盘上的控制计算机键电路连接，或与电子秒表按钮电路连接。如图3、图4所示，两小车启动时必须同时，所以由两个电磁铁，分别与道轨底面连接，通过电磁铁吸动杆控制上下道轨上的机械开关，两个电磁铁可以是串联，也可以是并联电路，由一按扭开关控制。在正负直流电路中并联一个二级管和一个电容器，用以消除脉冲电流，防止与计算机对接后发生死机现象。由于电磁铁有剩磁不能直接控制两小车启动，所以两电磁铁控制机械开关，使其实验精度更高。上下道轨上的两小车通过位移相同，小车同时从静止开始运动，根据匀变速直线运动的位移公式S＝1/2at2，得a＝2s/t2，那么，a1/a2＝t22/t12，所以需要测量两车通过这段位移的时间t1、t2。如图5所示，在与计算机对接时，采用与键盘的键连接。具体方案如下在小车出发的启始位置放置K1用来产生一个启始计时信号，因为两小车同时开始，所以用K1就可以了。在距两小车启始位置等距离的位置分别在道轨上放两个触发开关K3、K4用来产生两个结束信号。(计时器采用计算机系统时钟)，从实验仪器上的触发开关K1、K3、K4的一边全部并联后引一根引线到计算机键盘上的所有键的公共边上连接。K1、K3、K4的另一边引三根引线对应连接在键盘上的键7、键8、键9，也可设置为其它键，只要软件与其对应即可。数据采集，触发K1，相当于按下键盘上的键7为两小车启动，触发K3，相当于按下键盘上的键8为上小车结束，触发K4，相当于按下键盘上的键9为下小车结束。计算机分别记录从按下键7到键8(或K1触发到K3触发)的时间为t1，按下键7到键9(或K1触发到K4触发)的时间为t2。数据采集结束后进行数据处理。(1)a-F数据处理从键盘输入两小车受到的拉力F1、F2，经过数据采集，得到两车的运动时间t1、t2，分别计算其比值F1、F2，分别计算其比值F1/F2及t22/t12(即a1/a2)，在误差允许范围内，这两比值相等。(2)a-m数据处理从键盘输入两小车受到的拉力m1、m2，经过数据采集，得到两车的运动时间t1、t2，分别计算其比值m2/m1及t22/t12(即a1/a2)，在误差允许范围内，这两比值相等。c绘图及系统误差分析采集到的数据用电脑绘制成图表，分析比较直观。由于用这种方法做牛顿第二定律实验，有系统误差，所以在软件部分增加了系统误差分析，分析出产生系统误差的因素，并得出减小系统误差的方法。与电子跑表相连。如图6所示，电子跑表读秒计时，触发按钮有三种状态1、调零触发，2、计时触发，3、计时终了触发。根据其电路触发原理，实现了本实验仪器上下道轨的触发开关K1、K2、K3、K4，与各自的电子跑表对接，上道轨使用一块电子跑表，它的读秒触发按钮簧片与K1、K3的一边并联后的线头连接，K1、K3的另一边并联后的线头与读秒触发按钮簧片对应的簧片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种验证牛顿第二定律的教学仪器，包括有两套小车，道轨、定滑轮，其特征在于其还有一矩形框架组成立体形式为上、下双层道轨，在所述矩形框架的顶端有一水平仪，在框架底部设置有三个矩形框架水平的调整螺钉，其位置为三角形方式排列，在所述框架的一侧立柱与上、下道轨固定，在所述框架的另一侧立柱上设置有上、下两个平衡摩擦调整器，与上、下道轨和该侧立柱固定，在所述上、下道轨一端为小车，另一端的挡板外侧为一所述定滑轮，在所述两小车的另一侧边上都安装有撞片，在所述小车一端道轨底面安装有电磁铁，所述电磁铁上部为机械开关，所述机械开关与所述小车尾部相卡接，在所述小车一端的道轨尾部分别安装有小车启动触发开关键Ｋ↓［１］、Ｋ↓［２］，在所述平衡摩擦调整器一端的道轨的外侧为小车碰撞触发开关键Ｋ↓［３］、Ｋ↓［４］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁九恩，王文梅，杨永平，刘彦，
申请(专利权)人：呼和浩特市第十四中学，
类型：实用新型
国别省市：15[中国|内蒙]