一种便携式功与速度变化关系实验仪器的制作方法

本实用新型涉及实验用的工具或仪器，特别指一种便携式功与速度变化关系实验仪器。

背景技术：

在教学过程中，会涉及到对功与速度的变化关系进行实验操作，现有教材是在在平整的板面两边钉两颗钉子，同时，准备5～6条相同长度的橡皮筋，然后安装打点计时器，调节斜面板倾斜度，以平衡小车运动的摩擦力，保证小车拖着纸带在轨道上做匀速运动，将纸带穿过打点计时器夹在小车后，小车前端与钉子间挂上橡皮筋，接通电源，释放小车打出纸带，通过纸带计算出小车的速度，然后探究数量不同的橡皮筋在拉伸同样长度情况下对小车做的功与小车获得的速度关系。实验发现：该类仪器在实验过程中，小车总是偏向运动，甚至会撞上钉子损坏小车；分别挂几条橡皮筋，反复调试钩挂点，偏向有所减小，但系统稳定性变差；相同的橡皮筋在实际中难以完全做到，由此容易引起误差；实验采用传统的打点计时器测量速度效率很低，课堂上学生很难完成实验。而且该类现有实验仪器不便于携带或者储放，给实验教学带来一定的麻烦。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种便携式功与速度变化关系实验仪器。

本实用新型的技术方案是构造一种包括水平底板，铰接在水平底板一端的倾斜轨道和铰接在水平底板另一端的竖直旋杆的功与速度变化关系实验仪器，其中：所述的倾斜轨道和竖直旋杆均可绕铰接端旋转，且倾斜轨道的非铰接端设有调位螺杆，竖直旋杆的杆身上开有供调位螺杆穿过并上下调节的滑槽，所述调位螺杆通过设置的紧固螺纹紧固于竖直旋杆的滑槽处；所述的倾斜轨道铰接端依次设置有弹簧秤、阻挡门和光电门传感器，所述的倾斜轨道上还设置有可在轨道上水平滑动的小车；所述小车上设置有缠绕有细绳的绕线盘和遮光条，且细绳的拉出端连接弹簧秤；所述倾斜轨道和弹簧秤上均标有刻度线。

在其中一个实施例中，所述的倾斜轨道的顶面一端设置有水准仪。小车在下滑过程中斜面应该保持水平，采用粘贴一个微型的水准仪在倾斜导轨上面，观察水准仪便可以判断斜面是否水平，以确保实验数据的准确性和操作的安全性。

在其中一个实施例中，所述的小车的底端嵌入倾斜轨道内，小车的两侧设置有滚轮。通过嵌入式底端和滚轮的配合，能使得小车保持在倾斜轨道内滑动，不会出现脱轨现象。

在其中一个实施例中，所述的小车顶面对应光电门传感器的信号发送位置设有插设遮光条的插孔。通过插孔设计可便于实验需要更换不同尺寸的遮光条。

在其中一个实施例中，所述的小车对应阻挡门的一侧设置有粘丝块，所述阻挡门与小车碰撞的杆身上设有粘带。小车下滑后碰撞阻挡门将会引起一定的反弹影响数据采集，此处将生活中常见的粘扣带设置分别固定在阻挡门和小车前面，可以有效防止小车碰撞时反弹，也可起到一定的缓冲作用减小损伤。

在其中一个实施例中，所述的弹簧秤为圆管式弹簧秤，包括固定于倾斜轨道上的外管，插设于外管内的内管，和连接在内管底端与外管内底面的弹簧，其中所述外管为透明管体，所述内管上标有刻度线，内管的顶端与所述细绳连接。该弹簧秤结构简单，操作和读数方便，成本低。

在其中一个实施例中，所述的弹簧秤通过固定座可拆卸的安装在倾斜轨道上。通过固定座安装，便于根据实验需要更换不同尺寸或弹力的弹簧秤，也可及时更换损伤弹簧秤。

在其中一个实施例中，所述的光电门传感器底端通过拧紧螺栓可旋转的安装在倾斜轨道上。这样在需要收拢储放实验仪器时，可将螺栓拧松放倒光电门传感器，更便于收藏和携带；使用时立直光电门传感器并拧紧螺栓即可。

本实用新型的优点及有益效果：

本实用新型可根据实验需要进行调节，只需通过调节细绳拉出弹簧的长度，然后直接从弹簧和倾斜轨道上读取数据，操作快捷，实验成功率高。本实用新型倾斜轨道倾角可调，只需要拧紧对应角度位置的紧固螺丝，实验完毕后可以将倾斜轨道和竖直旋杆平放在水平底板上，同时可以将光电门传感器支架旋转到与倾斜轨道平行的位置，从而携带也很方便。

附图说明

图1是本实用新型使用状态立体结构示意图。

图2是图1a处放大图。

图3是图1b处放大图。

图4是本实用新型收拢状态主视图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被认为是“设置”或“连接”在另一个元件上，它可以是直接设置或连接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文中所使用的所有的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在于限制本实用新型。

如图1、4所示，该实验仪器用于进行功与速度变化关系的实验，包括水平底板11，铰接在水平底板11一端的倾斜轨道8和铰接在水平底板11另一端的竖直旋杆10。其中：倾斜轨道8和竖直旋杆10均可绕铰接端旋转，且倾斜轨道8的非铰接端设有调位螺杆8-1，竖直旋杆10的杆身上开有供调位螺杆8-1穿过并上、下调节的滑槽10-1。调位螺杆8-1通过设置的紧固螺纹9紧固于竖直旋杆10的滑槽10-1处。倾斜轨道8铰接端依次设置有弹簧秤1、阻挡门2和光电门传感器3。倾斜轨道8上还设置有可在轨道上水平滑动的小车7。所述小车7上设置有缠绕有细绳4的绕线盘6和遮光条5，且细绳4的拉出端连接弹簧秤1。所述倾斜轨道8和弹簧秤1上均标有刻度线。为了便于准确读数，在对应遮光条的小车7一侧下部还设指示刻度线的箭头标志，详见图2。所述光电门传感器3底端通过拧紧螺栓可旋转的安装在倾斜轨道8上。所述倾斜轨道8的顶面一端设置有水准仪12。

具体的，如图1、2所示，小车7的底端嵌入倾斜轨道8内，小车7的两侧设置有滚轮7-2。小车7顶面对应光电门传感器3的信号发送位置设有插设遮光条5的插孔。小车7对应阻挡门2的一侧设置有粘丝块7-1，阻挡门2与小车7碰撞的杆身上设有粘带2-1，见图3。

具体的，如图1、3所示，弹簧秤1为圆管式弹簧秤，包括固定于倾斜轨道8上的外管1-1，插设于外管1-1内的内管1-2，和连接在内管1-2底端与外管1-1内底面的弹簧1-3。其中外管1-1为透明管体，内管1-2上标有刻度线，内管1-2的顶端与细绳4连接。且弹簧秤1通过固定座1-4可拆卸的安装在倾斜轨道8上。

本实用新型的设计和工作原理：

考虑小车在斜面上受到重力、支持力和摩擦力三个恒力，现在再通过细线拉弹簧对小车同时施加一个沿斜面向下的弹力。假如第一次让小车通过细绳将弹簧拉长1cm，并将小车从距离光电门1cm处静止释放，在小车运动到光电门处的过程中，设重力、支持力、摩擦力和弹簧弹力四个力做的总功为w；然后第二次让弹簧伸长2cm，那么弹簧弹力做功将变为原来的4倍，此时让小车下滑的距离也增大为原来的4倍即4cm，则这四个力做的总功为4w；依次类推(如表1所示)便得到了按照倍数变化的功，如果每次记录小车通过光电门处的时间，(依据小车上遮光条的宽度计算小车通过光电门处的速度，)就可以探究合力做功与对应的速度的变化关系。

表1

本实用新型实验操作如下：

首先使仪器的倾斜轨道与水平底板成一个适中角度并拧紧紧固螺丝，然后把小车从光电门传感器处拉开一定距离，同时通过绕线盘调节细绳的长度，记录此时小车(上的标志线)离光电门的距离和弹簧伸长量，然后静止释放小车，记录小车上的遮光条通过光电门的时间，同一位置重复多次释放小车，取光电门记录的时间平均值，并且把数据填入excel表格；改变释放小车的位置及弹簧的伸长量，重复几组实验。

如以下是某次实验记录的数据(如表2)，其中小车上的遮光条提前使用游标卡尺测出。

由于实验数据比较多，采用excel可以很方便比较功与速度的各种可能比值，同时运用excel中“插入图表”功能拟合数据，这样既快捷又直观(如表3，4)，从下表4可以看出该实验获得良好的效果。

表3

表4

本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。