探究影响重力势能大小因素的实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及教学实验用具，特别是一种探究影响重力势能大小因素的实验装置。


背景技术：

2.重力势能是物体因为重力作用而拥有的能量。物体在空间某点处的重力势能等于使物体从该点运动到参考点(即一特定水平面)时重力所作的功。在中学物理教学中，我们能了解到，重力势能的公式为：ep=mgh；其中，m为物体质量；g为重力加速度；h物体从起始点运动到参考点的高度差。
3.为了激发学生学习物理这门学科的兴趣，老师们希望能通过实验的方式，向学生直观的展示重力势能的概念，帮助学生更加深刻全面的理解重力势能的概念，了解影响重力势能的因素有哪些。但遗憾的是，目前市面上未见相关的实验装置。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是克服现有技术的不足，而提供一种探究影响重力势能大小因素的实验装置，它能帮助学生更加深刻全面的理解重力势能的概念，了解影响重力势能的因素有哪些。
5.本实用新型的技术方案是：探究影响重力势能大小因素的实验装置，包括底座、导向杆、滑块、夹子、指针和标尺；导向杆竖直布置固定连接在底座上端；滑块滑动安装在导向杆上，其可沿导向杆做竖直升降移动；夹子夹持固定在导向杆上，并位于滑块下端；指针固定连接在夹子上；标尺竖直布置固定连接在底座上端，并紧邻指针末端设置。
6.本实用新型进一步的技术方案是：滑块包括本体a和配重块a；本体a为正四棱柱体，其中心处设有贯通上下端面的穿杆孔a，其上端面设有用于固定配重块a的卡座，本体a通过穿杆孔a套装在导向杆上，并与导向杆形成间隙配合；配重块a呈u形板，多片配重块a叠放卡装在本体a上端的卡座内，并相对于本体a的中心对称面对称布置，配重块a的重心位于穿杆孔a的中心线上。
7.本实用新型再进一步的技术方案是：导向杆上设有两条轴向延伸的定位槽，两条定位槽相对于导向杆的轴心线对称布置；相应的，本体a的穿杆孔a中设有两条轴向延伸的定位凸棱a；当本体a通过穿杆孔a套装在导向杆上时，本体a的定位凸棱a与导向杆的定位槽相配合，而避免本体a与导向杆之间发生相对扭转。
8.本实用新型进一步的技术方案是：滑块包括本体b和配重块b；本体b为正四棱柱体，其中心处设有贯通上下端面的穿杆孔b，其内部设有两个配重安置腔，两个配重安置腔相对于本体b的中心对称面对称布置，并在本体b的两个相对的侧面上分别形成装卸口；配重块b呈矩形板，多片配重块b通过装卸口叠放安装在本体b的配重安置腔内。
9.本实用新型再进一步的技术方案是：导向杆上设有两条轴向延伸的定位槽，两条定位槽相对于导向杆的轴心线对称布置；相应的，本体b的穿杆孔b中设有两条轴向延伸的
定位凸棱b；当本体b通过穿杆孔b套装在导向杆上时，本体b的定位凸棱b与导向杆的定位槽相配合，而避免本体b与导向杆之间发生相对扭转。
10.本实用新型更进一步的技术方案是：导向杆和标尺上均沿长度方向设有分度值为1mm的刻度，每隔10mm的刻度线做加长加粗处理。
11.本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
12.其通过将和滑块的重力势能转变为夹子的摩擦力做功，使重力势能的大小能通过夹子被撞击后的下降高度直观的反映出来。一方面，可通过计算夹子的摩擦力做功反向验证重力势能公式，另一方面，可通过调整滑块的提升高度和重量改变滑块的重力势能的大小。相比于文字的板书更加生动直观，以激发学生学习物理这门学科的兴趣，使学生能更加深刻全面的理解重力势能的概念，了解影响重力势能的因素有哪些。
13.以下结合图和实施例对本实用新型作进一步描述。
附图说明
14.图1为实施例1的结构示意图；
15.图2为导向杆、夹子与指针在俯视视角下的位置关系示意图；
16.图3为实施例1中的滑块的结构示意图；
17.图4为图3的仰视图；
18.图5为实施例2的中的滑块的结构示意图。
具体实施方式
19.实施例1：
20.如图1-4所示，探究影响重力势能大小因素的实验装置，包括底座1、导向杆2、滑块3、夹子4、指针5和标尺6。底座1下端放置在地面或水平台面上。导向杆2竖直布置固定连接在底座1上端。滑块3滑动安装在导向杆2上，其可沿导向杆做竖直升降移动。夹子4夹持固定在导向杆2上，并位于滑块3下端。指针5固定连接在夹子4上。标尺6竖直布置胶接固定在底座1上端，并紧邻指针5末端设置。
21.本实施例中，滑块3包括本体a31和配重块a32。本体a31为正四棱柱体，其中心处设有贯通上下端面的穿杆孔a311，其上端面设有用于固定配重块a的卡座312，本体a31通过穿杆孔a311套装在导向杆2上，并与导向杆2形成间隙配合。配重块a32呈u形板，配重块a32(在竖直方向上)多片叠放卡装在本体a31上端的卡座312内，配重块a32的重心位于穿杆孔a311的中心线上。
22.本实施例中，导向杆2上设有两条轴向延伸的定位槽21，两条定位槽21相对于导向杆2的轴心线对称布置。相应的，本体a31的穿杆孔a311中设有两条轴向延伸的定位凸棱a313。当本体a31通过穿杆孔a311套装在导向杆2上时，本体a31的定位凸棱a313与导向杆2的定位槽21相配合，而避免本体a31与导向杆2之间发生相对扭转。
23.优选，夹子4为扭簧夹。通过在夹子4与导向杆2之间垫装不同厚度羊绒垫层，可调节夹子4夹紧力(夹紧力即为摩擦力)，以提供8-15n的恒定摩擦力。
24.优选，导向杆2和标尺6上均沿长度方向设有分度值为1mm的刻度，每隔10mm的刻度线做加长加粗处理。
25.实施例2：
26.参看图5，本实施例与实施例1相比，区别仅在于：
27.滑块包括本体b33和配重块b34。本体b33为正四棱柱体，其中心处设有贯通上下端面的穿杆孔b331，其内部设有两个配重安置腔332，两个配重安置腔332相对于本体b33的中心对称面对称布置，并在本体b33的两个相对的侧面上分别形成装卸口333。配重块b34呈矩形板，多片配重块b34通过装卸口333叠放安装在本体b33的配重安置腔332内。
28.导向杆2上设有两条轴向延伸的定位槽21，两条定位槽21相对于导向杆2的轴心线对称布置。相应的，本体b33的穿杆孔b331中设有两条轴向延伸的定位凸棱b334。当本体b33通过穿杆孔b331套装在导向杆2上时，本体b33的定位凸棱b334与导向杆2的定位槽21相配合，而避免本体b33与导向杆2之间发生相对扭转。
29.简述本实用新型的使用：将滑块3提升至一定高度后松手，滑块3随即沿导向杆2自由下落，当滑块3撞击夹子时，滑块3的重力势能传递给夹子4，驱动夹子4克服夹子4与导向杆2之间的摩擦力做功，使夹子4向下移动一段距离。
30.忽略滑块3与空气之间的阻力、滑块3与导向杆2之间的摩擦力、夹子4与空气之间的阻力的前提下，我们可以近似认为：mgh=fs。其中，m为滑块质量；g为重力加速度，h为滑块在刚开始下落时刻与夹子之间的高度差，f为夹子与导向杆之间的摩擦力(可事先测定)，s为夹子被撞击后下降的高度。
31.实验时，可通过单独调整变量m(增减配重块即实现m的调整)或h，以改变滑块的重力势能的大小，然后通过夹子4下降的高度计算夹子4的摩擦力做功，即可让学生直观的了解影响重力势能大小因素，更全面深刻的理解重力势能的概念。单独调整变量m的对比实验结果参见表1，单独调整变量h的对比实验结果参见表2。
32.表1：实验序号m（g）h（cm）s（cm）f（n）117520313.4222520413.5327520513.74325206.513.25375208.213.3
33.表2：实验序号m（g）h（cm）s（cm）f（n）12252069.92225401110.23225601610.4