專利名稱：動力學實驗快速演示儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及物理教學中的動力學實驗儀器。
現行的動力學實驗儀器比較多，常用的有“用斜面小車配合打點計時器”和“用氣墊導軌配合數字計時器”。用這些儀器做學生的分組實驗是可行的，但用這些儀器做演示實驗就不太合適。因為用這些儀器做實驗，必須用較長的時間去進行細致而又復雜的物理量的測量和數據計算，但在內容多、課時少的快節奏中專物理教學中，課堂上的演示實驗，所用時間又不宜太長。
本實用新型旨在解決上述矛盾，在確保實驗效果的前提下，縮短實驗時間，提高實驗效率，加強實驗教學。
以下結合附圖
對本實用新型上述目的的達到作出說明。
本實用新型是用兩端系有砝碼2的兩根細線3，通過四組定滑輪4來提供相互作用力，把兩只放在水平玻璃板5上的小車1，連結成的一個實驗裝置。
本實用新型的演示方法十分簡單，首先將兩只小車用手拉開停靠在底座6兩端的擋板7處，接著兩手同時自由釋放小車(手對小車沒有力的作用)，兩車相向運動，最后兩車相遇，接觸而上的尼綸扣8把兩車緊緊粘合在一起。每演示一次，不到一分鐘。
按上述方法演示，兩車相向運動的全過程有如下特點(1)兩車被釋放后都是作初速度為零的勻加速運動。兩車相遇時都是作急劇的減速運動。后者的時間和位移極短，可以略去不計，即全過程的時間和位移，可以看成是前者的時間和位移。
(2)兩車運動的時間相同t1＝t2由(1)、(2)可知S1=12a1t12]]>S2=12a2t22]]>...a1a2=S1S2]]>由上式可知，兩車加速度之比，可以通過計算兩車位移之比求得。
(3)兩車所受的相互作用力大小相等T1＝T2。
(4)若兩車的質量相等，則兩車所受的滾動摩擦力大小相等，方向相反。對兩車構成的系統而言，其合外力為零。
以上特點使實驗的定量分析十分簡便。
下面介紹幾個演示實驗。
(一)關于“動量守恒”將兩車構成的系統作為研究對象；提供系統所受的合外力為零或不為零的條件；通過增加砝碼2來增大系統的內力；觀察系統的初狀態(釋放小車時)和末狀態(兩車相遇時)的速度為零或不為零，即可得知系統的總動量為零或不為零。
(1)兩車質量相等，所受的摩擦力大小相等，系統所受的合外力為零，系統的總動量應該守恒。觀察到的現象是初狀態系統的速度為零，系統的總動量為零；末狀態系統絲不動，系統的速度也為零，系統的總動量仍為零。初來狀態系統的總動量都為零，系統的動量是守恒的。
(2)兩車質量相等，但所受的摩擦力不相等(將一只小車上的摩擦片，從車內后方的矩形方孔11中放入，并接觸玻璃板，增大該車的摩擦力)系統所受的合外力不為零，系統的總動量應該不守恒。觀察到的現象是初狀態總動量為零，末狀態系統要向摩擦力較大的一方滑動一下，表明系統末狀態的總動量不為零，系統的總動量確實不守恒。
(3)在(2)的基礎上，增大砝碼2的質量，提供相互作用力(內力)遠大于系統所受的合外力的條件再演示，系統的末狀態幾乎又是一絲不動，表明系統末狀態的總動量接近為零。系統的總動量近似守恒。
至此，關于“物體”和“系統”，“內力”和“外力”，“動量守恒”和“動量守恒的條件”等概念和規律，通過實驗演示看得清清楚楚。
(二)關于“牛頓第二定律”分別以兩車作為研究對象。用彈簧秤稱出小車的重量，得出其質量，目測標尺9上兩小車的位移之比，即可得出兩小車的加速度之比。
(1)若m1＝m2，F1＝F2，則a1＝a2。
演示方法兩車質量相等m1－m2(用彈簧秤稱一下兩車的重量)兩車所受的合外力是相等的F1＝F2(因為T1＝T2，f1＝f2，而F1＝T1－f1，T2＝F2－f2)。
實驗結果，S1＝S2，所以a1＝a2。
(2)若F1＝F2， 演示方法 F1＝F2可用增大砝碼2來近似滿足(因為f1－f2很小，而T1＝T2，F1＝T1－f1，F2＝T2－f2，所以F1－F2) ...a1a2=m2m1]]>(3)若m1＝m2， 演示方法已知m1＝m2
調節F1＝2F2，其方法是第一步測出小車的摩擦力f用掛有鉤碼的細線通過底座一端擋板上的定滑輪10沿水平方向牽引粘合在一起的兩只小車作勻速運動(目測)那么一只小車所受的摩擦力就等于鉤碼重量的一半。
第二步用砝碼2的重量T減去小車所受的摩擦力f，得出每只小車所受的合外力F，即F＝T－f第三步用重等于F的鉤碼通過定滑輪10沿水平方向牽引另一端的小車，那么另一端的小車m1所受的合外力F1＝2F，即F1＝2F2。
F1＝2F2之所以可以這樣調節，有兩個依據一是小車的質量遠大于砝碼2和鉤碼的質量，那么砝碼和鉤碼的重量可以認為就是各自細線的拉力。一是砝碼2和通過滑輪10牽引小車的鉤碼，都是加速下降，其失重的影響互相抵消。
...a1a2=F1F2]]>總結上述三種情況得出 (三)關于“牛頓第三定律”兩車通過細線的相互作用力就是一對作用力和反作用力，用它可以演示牛頓第三定律是可想而知的。
(1)釋放甲車，乙車拉著甲車運動；釋放乙車，甲車拉著乙車運動；同時釋放兩車，兩車同時互拉相向運動，且各自的動量發生變化。
這一演示，可以幫助學生糾正“力的作用是單方面的”的錯誤認識，使學生認識到，兩個物體的力的作用總是相互的；可以幫助學生糾正“先有作用力后有反作用力”的錯誤認識，認識到作用力和反作用力是同時出現的，沒有先后之分；可以幫助學生糾正“相互作用力因大小相等、方向相反而彼此平衡”的錯誤認識，從而區別相互作用力與平衡力的概念。
(2)當兩車質量相等，但兩車上的砝碼2不相等時，學生一般都會認為砝碼2較輕的小車的位移大，從而導致得出相互作用力不相等的錯誤結論。實驗證明，此種情況下兩車的位移仍然相等，從而確認相互作用力在任何情況下都是大小相等的結論。
以上一系列實驗表明本實用新型可以十分清晰而又準確地演示多個動力學實驗，其演示速度之快，是其它現有的同類用途的儀器無法比擬的，它確實是提高實驗效率，加快教學節奏，加強物理實驗教學難得的好教具。
權利要求1.一種動力學實驗快速演示儀，它的特征在于是用兩端系有砝碼2的兩根細線3，通過四組定滑輪4提供相互作用力，把兩只放在水平玻璃板5的小車1連結成的一個實驗裝置。
專利摘要動力學實驗快速演示儀是一種物理實驗儀器。它是用兩端系有砝碼2的兩根細線3，通過四組定滑輪4來提供相互作用力，把兩只放在水平玻璃板5上的小車1連結成的實驗裝置。用它可以十分清晰而又準確地演示《動量守恒定律》、《牛頓第二定律》和《牛頓第三定律》，是提高實驗效率，加快教學節奏，加強物理實驗教學難得的好教具。
文檔編號G09B23/00GK2247844SQ9523748
公開日1997年2月19日 申請日期1995年8月28日 優先權日1995年8月28日
發明者劉賜蘭 申請人:劉賜蘭