一种动能势能演示实验器的制作方法

1.本实用新型涉及教学实验及演示器材技术领域，尤其涉及一种动能势能演示实验器。


背景技术：

2.能是物理学一个重要而抽象的概念，在动能和势能的章节讲解中，教师如何帮助学生理解动能和势能是教学的难点，通常通过口头讲解和实验来帮助学生建立动能和势能的概念，通过实验探究“动能的大小和哪些因素有关”以及探究“势能(重力势能和弹性势能)的大小和哪些因素有关”。
3.目前采用钢球从斜坡滚下撞击位于水平面的滑块的实验装置来探究“动能的大小和哪些因素有关”，通常会进行以下两组实验：一、不同质量的钢球从同一高度滚下获得相同速度，通过观察滑块被撞击后移动距离的远近来得出动能的大小与质量有关；二、相同质量的钢球从不同高度滚下获得不同速度，通过观察滑块被撞击后移动距离的远近来得出动能的大小与速度有关。现有实验装置在做以上两组实验时，存在以下缺点：1、由于只有一条轨道，为了比对不同质量和速度对动能的影响，每组实验至少要先后进行两次，费时费力，且比对不够直观；2、钢球在撞击滑块后经常会反弹并对滑块进行二次撞击，从而使实验无效。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种动能势能演示实验器，能够实时直观的对实验结果进行定量比对，且能够避免钢球二次撞击滑块，提高教学质量和实验成功率。
5.为了实现本实用新型的上述目的，提供以下技术方案：
6.一种动能势能演示实验器，包括：主框架；铺设在所述主框架上的水平槽轨和斜坡槽轨；用于在水平槽轨上移动的滑块；用于从斜坡槽轨上滚下并对所述滑块进行撞击的钢球；可拆卸安装在所述水平槽轨的终点端用于探究弹性势能的弹簧组；其中，所述水平槽轨和斜坡槽轨至少铺设两条，且每条水平槽轨和斜坡槽轨的连接处通过弧形槽轨平滑过渡；其中，所述水平槽轨的上方靠近斜坡槽轨处设置磁吸悬臂梁，用于吸住向前滚动的钢球。
7.优选的，所述斜坡槽轨上安装有用于控制多个钢球同时下落的电磁铁；其中，所述电磁铁可相对斜坡槽轨移动。
8.优选的，所述电磁铁通过弹簧定位片安装在斜坡槽轨上。
9.优选的，所述斜坡槽轨的下方的主框架上安装有电磁铁的电源和开关。
10.优选的，所述斜坡槽轨上刻有至少三条速度标志线。
11.优选的，所述滑块为塑料滑块，且所述滑块具有与所述水平槽轨的凹槽吻合的凸出部。
12.优选的，所述弹簧组具有与水平槽轨数量相同的弹簧个数，且每条水平槽轨对应
安装一个弹簧；其中，各个弹簧的长度相同，弹性系数不同。
13.优选的，所述水平槽轨的两侧标有滑块被撞击后向前移动的距离刻度；所述水平槽轨的水平上表面标有弹簧形变刻度，以及滑块被弹出后向前移动的位移刻度。
14.本实用新型的有益效果体现在以下方面：
15.1)本实用新型通过并行铺设的至少两条水平槽轨和斜坡槽轨，可以实时直接的观察实验结果，同时通过设置刻度标记，使实验结果的比对定量化，从而加深学生理解，提高教学质量；
16.2)本实用新型通过磁吸悬臂梁吸住撞击滑块后继续向前滚动的钢球，避免钢球二次撞击滑块，提高实验成功率。
附图说明
17.图1是本实用新型一种动能势能演示实验器的结构示意图；
18.图2是在斜坡槽轨上安装电磁铁的结构示意图；
19.图3是滑块的结构示意图；
20.图4是图1所示的在水平槽轨上安装弹簧组的放大图。
21.附图标记说明：1
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主框架；21
‑
水平槽轨；22
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斜坡槽轨；3
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电磁铁；4
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开关；5
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弹簧组；6
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速度标志线；7
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钢球；8
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滑块；9
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磁吸悬臂梁；10
‑
弹簧定位片。
具体实施方式
22.本实用新型提供一种动能势能演示实验器，用于探究“动能的大小和哪些因素有关”以及“弹性势能的大小和哪些因素有关”，可以供教师教学演示使用，也可以供学生实验使用，通过教学演示和亲自实验，可以帮助学生更好的理解动能和弹性势能。
23.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
24.如图1所示，本实用新型提供的一种动能势能演示实验器，包括：主框架1；铺设在主框架1上至少两条水平槽轨21和斜坡槽轨22；用于在水平槽轨21上移动的滑块8；用于从斜坡槽轨22上滚下并对滑块8进行撞击的多个质量不同的钢球7；可拆卸安装在水平槽轨21终点端(远离斜坡槽轨22的端)的弹簧组5，弹簧组5具有与水平槽轨21数量相同的弹簧个数，且每条水平槽轨21对应安装一个弹簧。
25.本实施例可以用于探究“动能的大小和哪些因素有关”，具体结构如下：
26.如图1所示，主框架1由水平板和竖直板构成，竖直板垂直固定在水平板一端。本实施例在水平板上并列铺设三条水平槽轨21，三条斜坡槽轨22的一端连接水平槽轨21，另一端固定安装在竖直板的顶端。其中，每条水平槽轨21和斜坡槽轨22的连接处通过弧形槽轨平滑过渡，使钢球7从斜坡槽轨22至水平槽轨21流畅。实施时，水平槽轨21、弧形槽轨和斜坡槽轨22一体成型。
27.其中，水平槽轨21的两侧标有滑块8被撞击后向前移动的距离刻度，可以实时读取滑块8被撞击后移动的距离。
28.如图1所示，本实施例在水平槽轨21的上方靠近斜坡槽轨22处设置磁吸悬臂梁9，用于吸住撞击滑块后继续向前滚动的钢球，避免钢球二次撞击滑块，提高实验的成功率。磁吸悬臂梁9横跨三条水平槽轨21设置，并在每条水平槽轨21的上方对应安装一个磁铁，磁铁
与水平槽轨21的距离以滑块8能顺利通过且能吸住钢球为宜。此外，磁吸悬臂梁9离开水平槽轨21的起点(滑块移动的起点)一段距离设置，确保滑块8被撞击获得动能并向前移动后再吸住继续向前滚动的钢球7。
29.如图3所示，滑块8具有与水平槽轨21的凹槽吻合的凸出部，确保滑块8被撞击后能沿水平槽轨21直线向前移动，不会脱离轨道。
30.本实施例探究“动能的大小和哪些因素有关”的实验过程如下：
31.一、将三个不同质量且成倍数的钢球7(28g、42g、56g)从斜坡槽轨22的同一高度同时滚下以获得相同速度，通过观察滑块8被撞击后移动距离的远近来得出动能的大小与质量有关。
32.二、将三个相同质量的钢球7从斜坡槽轨22的不同高度同时滚下以获得不同速度，通过观察滑块8被撞击后移动距离的远近来得出动能的大小与速度有关。
33.进一步的，如图1所示，通过水平槽轨21两侧标有的滑块8被撞击后向前移动的距离刻度，方便实时读取滑块8被撞击后的移动距离，进而得出：动能的大小与质量成正比，与速度的平方倍成正比，从而使实验由定性转变为定量，比对更加直观，使学生理解更加深刻。
34.此外，为了提高实验数据的准确性，本实施例各滑块8为经过精密加工的塑料滑块，其质量、大小、表面光滑度保持一致；同时，本实施例通过电磁铁3释放钢球7，确保位于斜坡槽轨22不同高度处的钢球7能同时下落。当相对于斜坡槽轨22移动电磁铁3时，可实现钢球7位于斜坡槽轨22的不同高度处。如图2所示，电磁铁3通过弹簧定位片10可移动安装在斜坡槽轨22上，外力克服弹簧定位片10的弹力可以调整电磁铁3在斜坡槽轨22上的位置。
35.通过调整钢球在斜坡槽轨22上的高度，可以使相同质量的钢球7获得不同的速度。如图1所示，为了方便学生定量探究速度与动能的关系，本实施例预先在斜坡槽轨22的不同高度上刻有至少三条速度标志线6(钢球释放前，其重心对准速度标志线6)，且三条速度标志线6所标速度是倍数关系。相同质量的钢球7在三条速度标志线6释放撞击滑块向前移动的距离是速度的平方倍关系。
36.如图1所示，斜坡槽轨22下方的主框架1上安装有电源和开关4，用于为电磁铁3供电并控制电磁铁3的开和关。
37.本实施例还可以探究“弹性势能的大小和哪些因素有关”，具体结构如下：
38.本实施例配备两组弹簧组5，如图1所示，每组弹簧组5设有三根弹簧，且各个弹簧的长度相同，弹性系数不同。
39.如图1和4所示，水平槽轨21的水平上表面标有弹簧形变刻度，以及滑块8被弹出后向前移动的位移刻度。
40.本实施例探究“弹性势能的大小和哪些因素有关”的实验过程如下：
41.一、利用滑块8分三次分别压缩同一根弹簧发生不同的形变量(1cm、2cm、3cm)，通过观察滑块8被弹出后位移的大小可以定量得出弹性势能的大小与弹簧的形变量的平方倍成正比。
42.二、利用位于不同水平槽轨21上的三个滑块8分别压缩三根弹簧发生相同的形变量，通过观察滑块8被弹出后位移的大小可以定量得出弹性势能的大小与弹簧的弹性系数成正比。此外，本实施例还对每根弹簧的丝径大小、圈数以及外圈直径大小进行标注，学生
可以通过多次实验数据比对得出弹簧的弹性系数与丝径、圈数以及外圈直径的定量关系，从而深刻理解弹性势能。
43.尽管上述对本实用新型做了详细说明，但本实用新型不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本实用新型的原理进行修改，因此，凡按照本实用新型的原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。