專利名稱：無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器，是用于驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的專業(yè)儀器。
背景技術(shù)：
原實(shí)驗(yàn)方法是讓一個(gè)入射鋼制小球從斜槽上滾下，到達(dá)平槽變?yōu)樗竭\(yùn)動(dòng)，用它來(lái)碰撞靜止的橡膠小球。橡膠球和鋼球的直徑相同，橡膠球應(yīng)放在上部有凹窩的支柱上。兩球相碰后同時(shí)落地，落地時(shí)打擊下面的復(fù)寫(xiě)紙，在復(fù)寫(xiě)紙下面白紙上留下痕跡。測(cè)量這些痕跡到原點(diǎn)的距離，再測(cè)出兩個(gè)小球的質(zhì)量，從而驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律。但現(xiàn)有儀器在教學(xué)中存在較大的誤差1、為了使被碰橡膠球靜止在支柱上，支柱頂端必須做成凹窩，被碰小球被碰后，經(jīng)過(guò)凹窩的邊緣被抬高，這樣就不是平拋，而是斜上拋；2、鋼球離開(kāi)平槽到達(dá)支柱的過(guò)程中，將下落一定的高度，這樣它又會(huì)與支柱相碰，然后越過(guò)支柱。所以，碰撞球最后的運(yùn)動(dòng)也不是平拋，并且鋼球在和支柱相互作用中，消耗了一部分能量。這樣原碰撞實(shí)驗(yàn)器，由于支柱的存在，誤差較大，在10％左右，這導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的說(shuō)服力減弱，使教學(xué)出現(xiàn)被動(dòng)局面。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器，消除原實(shí)驗(yàn)儀器中阻礙因素，減少能量損失，減小誤差，改變教學(xué)中被動(dòng)局面。
本實(shí)用新型的目的是以如下方式實(shí)現(xiàn)的該碰撞實(shí)驗(yàn)器的特點(diǎn)是省去了原實(shí)驗(yàn)器支撐被動(dòng)小球的支柱，改用電磁力吸引。它也涉及滑槽、兩碰撞小球、鉛垂和演示平板，演示平板在滑槽前面的下方，鉛垂懸吊在滑槽前端，滑槽由斜槽和水平槽構(gòu)成，這些與原實(shí)驗(yàn)器相同。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)被動(dòng)小球的電磁力吸引，采取的措施是兩碰撞小球一個(gè)為含鐵質(zhì)的被動(dòng)球，含有鐵質(zhì)是為了被磁性吸引，另一個(gè)是作為動(dòng)能體的主動(dòng)球；在滑槽水平槽前上方有一電磁鐵，被動(dòng)球在電磁鐵通電后吸附在電磁鐵的下端；在主動(dòng)球處于即將離開(kāi)水平槽下落時(shí)的位置時(shí)，兩碰撞小球的中心在同一直線上，并且電磁鐵處于兩碰撞小球剛好接觸的前后位置；由支點(diǎn)、觸點(diǎn)和彈性金屬片構(gòu)成行程開(kāi)關(guān)，支點(diǎn)和觸點(diǎn)為開(kāi)關(guān)的兩個(gè)接點(diǎn)，彈性金屬片為開(kāi)關(guān)電連接片，彈性金屬片的自由端在水平槽的前端，處于主動(dòng)球即將下落時(shí)能觸及的位置；在電路中還有一個(gè)繼電器、按鈕開(kāi)關(guān)，繼電器線圈和電磁鐵線圈并聯(lián)后的一端串聯(lián)行程開(kāi)關(guān)接電源的一個(gè)電極；繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)和按鈕開(kāi)關(guān)并聯(lián)后，一端接繼電器線圈和電磁鐵線圈并聯(lián)后的另一端，另一端接電源的另一個(gè)電極。
被動(dòng)球?yàn)楹需F粉的橡膠球或者含有鐵棒的橡膠球，加入鐵質(zhì)是為了能被磁性吸引，用橡膠作為主要成分是為了減輕其質(zhì)量。主動(dòng)球是與被動(dòng)球同樣大小的鋼球，這樣它們的體積相同，而質(zhì)量不同。
與繼電器線圈和電磁鐵線圈并聯(lián)后的兩端之間并聯(lián)由限流電阻和發(fā)光二極管串聯(lián)構(gòu)成的工作指示電路，當(dāng)電磁鐵通電時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)出光線指示，證明其正常工作狀態(tài)。
工作時(shí)，在演示平板上放一張白紙，白紙上放復(fù)寫(xiě)紙，鉛垂懸吊在水平滑槽前端，高度上接近白紙并在白紙長(zhǎng)度方向的起始位置處，鉛垂的頂尖作為測(cè)量碰撞小球水平位移的起始測(cè)量點(diǎn)。按動(dòng)電路的按鈕，使繼電器線圈和電磁鐵線圈得電工作，這時(shí)候繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)被吸合，松開(kāi)按鈕開(kāi)關(guān)后繼電器線圈和電磁鐵線圈經(jīng)過(guò)繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)供電繼續(xù)工作，將被動(dòng)小球放在電磁鐵鐵芯的底部，被動(dòng)小球被吸引在那里。演示時(shí)，將主動(dòng)小球放在滑槽斜槽的頂端，當(dāng)釋放該主動(dòng)小球后，它沿斜槽滑下，進(jìn)入滑槽的水平槽，改變運(yùn)動(dòng)方向沿水平槽移動(dòng)，當(dāng)它移動(dòng)到水平槽的最前端時(shí)，用很小的力觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)的彈性金屬片，使行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作，這時(shí)繼電器和電磁鐵都失電，繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，電磁鐵失去對(duì)被動(dòng)小球的吸引力，在被動(dòng)小球準(zhǔn)備下落時(shí)，主動(dòng)小球正好與它碰撞，兩個(gè)小球做水平運(yùn)動(dòng)和豎直運(yùn)動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它們落到演示平板上時(shí)，打擊復(fù)寫(xiě)紙，在白紙上留下痕跡作為實(shí)驗(yàn)測(cè)量的位置。在主動(dòng)小球觸及行程開(kāi)關(guān)的彈性金屬片后，主動(dòng)小球前移，彈性金屬片在重力作用下回位，使行程開(kāi)關(guān)閉合，由于繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)沒(méi)有閉合，電磁鐵和繼電器就不會(huì)得電，使電磁鐵沒(méi)有電磁吸引力，那樣在主動(dòng)小球經(jīng)過(guò)電磁鐵下方時(shí)，就不會(huì)被吸引而產(chǎn)生誤差。等需要下次實(shí)驗(yàn)時(shí)，按動(dòng)按鈕開(kāi)關(guān)即可。
本碰撞實(shí)驗(yàn)器經(jīng)實(shí)驗(yàn)，誤差在5％以內(nèi)，能夠較準(zhǔn)確地描述動(dòng)能守恒定律。


附圖是本實(shí)用新型無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照附圖，它涉及滑槽、兩碰撞小球5和6、鉛垂3和演示平板4，滑槽由斜槽1和水平槽2構(gòu)成。演示平板4在滑槽前面的下方，在演示平板4上可以放上白紙和復(fù)寫(xiě)紙，鉛垂3懸吊在滑槽前端，鉛垂3的上下位置靠近演示平板4。兩碰撞小球5、6一個(gè)為被動(dòng)球6，可為內(nèi)有一鐵棒的橡膠球；另一個(gè)為鋼制主動(dòng)球5。兩碰撞小球5、6直徑相同，質(zhì)量不同。在滑槽水平槽2前上方有一電磁鐵J1，被動(dòng)球6在電磁鐵J1通電后吸附在電磁鐵鐵芯的下端。電磁鐵J1芯的中心與水平槽2前端的水平距離為一個(gè)小球的直徑，電磁鐵J1鐵芯的底部相對(duì)于水平槽2的高度也是一個(gè)小球的直徑。由支點(diǎn)P1、觸點(diǎn)P2和彈性金屬片K1構(gòu)成行程開(kāi)關(guān)，支點(diǎn)P1和觸點(diǎn)P2為開(kāi)關(guān)的兩個(gè)接點(diǎn)，彈性金屬片K1連接在支點(diǎn)P1上，為該行程開(kāi)關(guān)電連接片，彈性金屬片K1的自由端處在水平槽2的前端，距離水平槽2的高度略小于一個(gè)小球的直徑。在電路中還有一個(gè)繼電器J2、按鈕開(kāi)關(guān)K2，繼電器線圈和電磁鐵線圈并聯(lián)后的一端接行程開(kāi)關(guān)的支點(diǎn)P1，行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)P2接電源的負(fù)極；繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)J2k和按鈕開(kāi)關(guān)K2并聯(lián)后，一端接繼電器線圈和電磁鐵線圈并聯(lián)后的另一端，另一端接電源的正極。由限流電阻R和發(fā)光二極管LED串聯(lián)構(gòu)成的工作指示電路并聯(lián)在繼電器線圈和電磁鐵線圈兩端之間，并在兩線圈兩端之間還接有保護(hù)二極管D，用于釋放線圈反向感應(yīng)電流。
權(quán)利要求1.一種無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器，涉及滑槽、兩碰撞小球、鉛垂和演示平板，演示平板在滑槽前面的下方，鉛垂懸吊在滑槽前端，滑槽由斜槽和水平槽構(gòu)成，其特征在于兩碰撞小球(5、6)一個(gè)為含鐵質(zhì)的被動(dòng)球(6)，另一個(gè)為主動(dòng)球(5)，在滑槽水平槽(2)前上方有一電磁鐵(J1)，被動(dòng)球(6)在電磁鐵(J1)通電后吸附在電磁鐵(J1)的下端；在主動(dòng)球(5)即將離開(kāi)水平槽(2)下落時(shí)的位置時(shí)，兩碰撞小球(5、6)的中心在同一直線上，并且電磁鐵(J1)處于兩碰撞小球(5、6)剛好接觸的前后位置；由支點(diǎn)(P1)、觸點(diǎn)(P2)和彈性金屬片(K1)構(gòu)成行程開(kāi)關(guān)，支點(diǎn)(P1)和觸點(diǎn)(P2)為開(kāi)關(guān)的兩個(gè)接點(diǎn)，彈性金屬片(K1)為開(kāi)關(guān)電連接片，彈性金屬片(K1)的自由端在水平槽(2)的前端，處于主動(dòng)球(5)即將下落時(shí)能觸及的位置；在電路中還有一個(gè)繼電器(J2)、按鈕開(kāi)關(guān)(K2)，繼電器線圈和電磁鐵線圈并聯(lián)后的一端串聯(lián)行程開(kāi)關(guān)接電源的一個(gè)電極；繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)(J2k)和按鈕開(kāi)關(guān)(K2)并聯(lián)后，一端接繼電器線圈和電磁鐵線圈并聯(lián)后的另一端，另一端接電源的另一個(gè)電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器，其特征在于被動(dòng)球(6)為含有鐵粉的橡膠球。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器，其特征在于被動(dòng)球(6)為內(nèi)部含有鐵棒的橡膠球。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器，其特征在于主動(dòng)球(5)是與被動(dòng)球(6)同樣大小的鋼球。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器，其特征在于與繼電器線圈和電磁鐵線圈并聯(lián)后的兩端之間并聯(lián)由限流電阻(R)和發(fā)光二極管(LED)串聯(lián)構(gòu)成的工作指示電路。
專利摘要一種無(wú)阻礙碰撞實(shí)驗(yàn)器，涉及滑槽、兩碰撞小球、鉛垂和演示平板，演示平板在滑槽前面的下方，鉛垂懸吊在滑槽前端，滑槽由斜槽和水平槽構(gòu)成，兩碰撞小球一個(gè)為含鐵質(zhì)的橡膠被動(dòng)球，另一個(gè)為鋼制主動(dòng)球，在滑槽水平槽前上方有一用于吸附被動(dòng)球的電磁鐵。由支點(diǎn)、觸點(diǎn)和彈性金屬片構(gòu)成行程開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)彈性金屬片的自由端在水平槽的前端，處于主動(dòng)球即將下落時(shí)能觸及的位置；在電路中還有一個(gè)繼電器和按鈕開(kāi)關(guān)，繼電器線圈和電磁鐵線圈并聯(lián)后的一端經(jīng)行程開(kāi)關(guān)接電源的一個(gè)電極，其另一端經(jīng)并聯(lián)的繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)和按鈕開(kāi)關(guān)后接電源的另一個(gè)電極。該實(shí)驗(yàn)器用于驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律，省去了原實(shí)驗(yàn)器支撐被動(dòng)小球的支柱，消除了平拋的阻礙因素，減少能量損失，減小了實(shí)驗(yàn)誤差。
文檔編號(hào)G09B23/10GK2660622SQ03271350
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者劉景亭, 姜峰, 陳慶超, 胡永文, 崔克梅, 董亞楠 申請(qǐng)人:兗礦集團(tuán)有限公司