一种验证牛顿第二定律的验证仪器制造技术

一种验证牛顿第二定律的验证仪器。由下向上分别由水平调整螺丝、水平底板、可升降垫块、铰链、中旋转基板、可移动尖劈、上旋转导轨、活动卡口、可导向滑块或小车、缓冲挡板组成，其特征是：中旋转基板一端通过铰链与水平底板铰接，另一端被可升降垫块支撑；可移动尖劈放置在中旋转基板的活动段；上旋转导轨一端通过活动卡口相对中旋转基板旋转，另一端被可移动尖劈的斜边支撑。通过可移动尖劈的上的刻度，方便得出上旋转导轨上向下滑动的滑块或小车所受的合力Ｍｇ（ｓｉｎθ－μｃｏｓθ）的相对数值或绝对数值。该实验设计不存在传统实验中的实验原理不完善的系统误差。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术专利提出了一种验证牛顿第二定律的验证仪器(验证a-F、 a-1/M关系)， 用于高中或大学的物理实验教学中，没有传统实验中实验原理不完善的系统误差。可以把该 验证仪器用于探索牛顿第二定律、探索动量定理、探索动能定理的实验中。技术背景目前,常用的牛顿第二定律的验证方法如附图图1所示，由l.重物2.绳子3.定滑轮4. 小车5.滑板，认为重物1的重力等于绳子2对小车4的拉力，实际上只有重物1的质量远小 于斜面上小车4的质量时，两者才近似相等.这就是传统实验中实验原理不完善的系统误 差。为了减少该系统误差，左边悬挂的重物1的质量的可调整范围很小，测量的数据只能集 中在一个很小的区域。由于数据很集中，很难看出趋势，总结规律很勉强。老师们的实际实 验结果常常是实验的a-F、 a-1/M图线既不是直线，也不经过坐标原点。
技术实现思路
为了克服传统实验中实验原理不完善的系统误差，本专利技术专利提出了一种验证牛顿第二 定律的实验模型和测量方法、验证仪器，利用该实验方法没有传统实验中实验原理不完善的 系统误差，只要实验者操作规范，实验的a-F、 a-1/M为直线，且经过坐标的原点。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种验证牛顿第二定律的验证仪器，由下向上分别由水平调整螺丝、水平底板、可升降 垫块、铰链、中旋转基板、直角可移动尖劈、上旋转导轨、活动卡口、可导向滑块或小车、 缓冲挡板组成，中旋转基板一端通过铰链与水平底板铰接，另一端被可升降垫块支撑；直角 可移动尖劈放置在中旋转基板的活动端；上旋转导轨一端通过活动卡口相对中旋转基板旋转， 另一端被直角可移动尖劈的斜边支撑。所述的直角可移动尖劈上刻有刻度。使用时，首先将中旋转基板绕铰链微旋转定位，利用数字毫秒计(或打点计时器)的监控， 使其倾角等于小车或滑块沿斜面匀速下滑对对应的斜面的倾角，然后上旋转导轨通过活动卡 口相对中旋转基板形成第二次旋转，上旋转导轨的另一端被直角可移动尖劈的斜边支撑，通 过直角可移动尖劈上的刻度，得出上旋转导轨上向下滑动的滑块或小车所受的合力Mg (sin 9 一 U cos 6 )的相对数值或绝对数值。利用数字毫秒计(或打点计时器)测量小车或滑块的加 速度、速度、运动时间，就可以验证牛顿第二定律、动量定理、动能定理。本技术的有益效果是:验证牛顿第二定律的a-F、 a-l/M关系，实验的数据区域大， 画出的a-F、 a-l/M图线为直线，只要实验者操作规范，实验图线基本经过坐标原点，而且没 有传统实验中实验原理不完善的系统误差。. 附图说明以下结合附图和实施对本专利技术专利作进一步说明.图l是现在课本中的实验模型.。 图2是本专利技术专利的实验模型。图3是本专利技术专利所需要测量的数据及实验原理的直观说明. 图4是是本专利技术专利实验仪器的总装图。图5是实验操作过程需要的一个实验图，图中各装置为2L铁架台、22.弹簧秤、16. 上旋转导轨、17可导向滑块 图4中各部分部件的作用9、 10、 11:水平调整螺丝。通过调整，保证水平底板12水平。 12:水平底板。与水平调整螺丝一起，保持装置水平、平稳。 13:可升降垫块。使中旋转基板14按要求旋转一定的高度。14:中旋转基板。能绕铰链20自由旋转，对上旋转导轨16的旋转起到一个定位的作用。15:直角可移动尖劈。能移动，并将上旋转导轨16很方便垫起一定的高度，并能通过斜边上面的刻度读出倾斜高度h。 h的含义见附图图3所示。16:上旋转导轨。能绕活动卡口 19自由旋转，通过中旋转基板14的定位，借助直角可 移动尖劈15斜边上面的刻度，测量出上旋转导轨16相对于中旋转基板14转过的倾斜高度h。 (h如图3所示)17:可导向滑块或小车。能沿上旋转导轨16平稳滑下。18:缓冲挡板。对可导向滑块或小车17起到缓冲作用。19:活动卡口。保证上旋转导轨16能自由旋转。20:铰链。保证中旋转基板14能自由旋转。具体实施方式本专利技术依据的实验原理如附图图2所示6.斜面7.滑块S.垫块.研究滑块7，当滑块7在斜面6上下滑时，滑块7受到的合力为 F合力二Mgsin 0 一 ti Mgcos 9 (1) 其中9为斜面6相对水平面的夹角.假设，斜面6相对水平面的夹角e = e时，物体恰沿斜面匀速下滑，则有 Mgsin P — u Mgcos P =0由上面的等式得到l^tane,将l^tane代入(l)有F合力^Mgsin 9 一tan P Mgcos 0 = Mgsin 9 —Mgcos 9 X sin P /cos 0=Mg(sin 6 XcosP —cos 9 XsinP )/ cos PF合力Mgsin( 0 —e)/ cose (2)其中.(e — e)就是小车刚匀速下滑时斜面的位置与现在斜面所在位置的夹角，见附图图3所示.F合f Mgsin 6—ii Mgcos 6=Mgsin(0 — e)/ cos P= Mgh/ (LXcosP) (3) h、 L的含义见附图图3所示。由于g/(LxC0Se)同一实验中是固定不变的，合力的数值就可以用Mh等效表示。 a)探索物体质量不变时，物体的加速度与受到的合外力的关系要研究F^与加速度a的关系，只要研究h与加速a的关系。只要旋转斜面，得到多组 h(如图3)，利用数字毫秒计(或打点计时器)测量出相应的加速度a,画出h-a图线，探索出 h-a的关系，也就得到了F^与加速度a的关系。(2)探索物体所受到的拉力不变时，物体的加速度与其质量的关系当改变物体的质量时，怎样才能做到保持合力不变化？这其实很简单，只要每次改变小 车的质量，同时旋转斜面(如图3),保证F合^Mgh/ (LXcose)不变化，也就是Mh的乘 积不发生变化，就可以了。利用数字毫秒计(或打点计时器)，测量出相应的加速度a，就得到 了物体的合外力不变时，物体的加速度与其质量的关系。实施例验证牛顿第二定律。需要的其他仪器50克的砝码几个，数字毫秒计(或打点计时器) 实验操作过程(用数字毫秒计进行测量)(1) :首先确定可导向滑块沿上旋转导轨匀速下滑时，图4的中旋转基板转过的高度H。 (H含义见图3，为可升降垫块13的高度)。① .利用图5，测量上旋转16导轨与可导向滑块17之间的动摩擦系数w=f/mg② .调整图4的9、 10、 ll水平调整螺丝，使水平底板12水平③ .在距离铰链20左端1米处(见图4)，放置垫块13，则可升降垫块13的高度H为 H= 1 X tan 0 = U =f/mg(2) :探索物体质量不变时，物体的加速度与受到的合外力的关系① .将上旋转导轨16相对中旋转基板转过(e — e)角度，通过直角可移动尖劈15，测 量出上旋转导轨16相对于中旋转基板14转过的倾斜高度h (h如图3所示)。② .可导向滑块沿上旋转导轨平稳滑下，利用数字毫秒计，测量出相应的加速度a③ .改变h,实现多次测量。画出a-h (F)图象。 测量表格l: M=_克实验次数h (F合力Mgh/(LXcosP ))<table>table see original document page 5</column></row><table>(3):探索物体所受到的拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种验证牛顿第二定律的验证仪器，由下向上分别由水平调整螺丝、水平底板、可升降垫块、铰链、中旋转基板、直角可移动尖劈、上旋转导轨、活动卡口、可导向滑块或小车、缓冲挡板组成，其特征是：中旋转基板一端通过铰链与水平底板铰接，另一端被可升降垫块支撑；直角可移动尖劈放置在中旋转基板的活动端；上旋转导轨一端通过活动卡口相对中旋转基板旋转，另一端被直角可移动尖劈的斜边支撑。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁，
申请(专利权)人：李铁，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]