一种多功能持续性抛体运动实验仪的制作方法

本发明涉及物理演示实验仪器技术领域，尤其涉及一种多功能持续性抛体运动实验仪。

背景技术：

平抛运动是高一物理必修2中的重要教学内容。目前，用于演示平抛运动的实验实验装置通常都包含以下做法：

如图1-图2所示，利用末端切线水平的斜槽、白板、复写纸、坐标纸和档杆构成常规平抛运动演示实验仪器。每次将小球从同一高度由静止释放，多次实验取一点，不断的改变档杆的位置，让小球碰撞在档杆上，通过复写纸记录下小球下落不同高度所在的位置。最后，取下坐标纸，用光滑的曲线将所有近似确定的点连接起来，描出平抛运动的运动轨迹，再进行数据处理。

由于每次小球都是用手静止释放，给实验带来了实验误差；为了减小实验误差的影响，利用电磁铁将小球吸附住，然后断电释放小球。

上述做法在一定程度上，完成了演示平抛运动的运动情况，也记录下了相应信息(包括实验数据)，但它仍然存在以下不足：

1.这种做法将不能以更为直接的方式记录下物体做平抛运动时的轨迹，而需要借助档杆来记录小球运动轨迹上的点，但是坐标纸上记录到小球的运动轨迹点时，小球已经完成了和档杆的碰撞，已经不再是小球做平抛运动轨迹上的点，虽然可以通过多次实验来确定一个平均位置作为轨迹上的某一点，但对于时间极其宝贵的课堂来说，这无疑是一种浪费，且所确定的点也是在多个碰撞过程中取的近似点，可能根本就不是小球做平抛运动轨迹上的点。

2.这种做法不能完整、连续地呈现做平抛运动的物体的轨迹，因而不利于学生快速地建构起平抛运动的物理模型。

3.这种做法不能形象直观的展示、定量的进行计算未知初位置和已知初位置的初速度。

4.这种做法不能拓展到不同倾角的抛体运动，不利于学生由平抛运动拓展至其他抛体运动。

总之，目前高中物理用于平抛运动教学的这类实验装置，均存在上述不足，因此，有必要对其改进。

技术实现要素：

本发明为了克服上述不足，提出了一种多功能持续性抛体运动实验仪，包括出水管固定块、轨迹标记板、恒流装置和底座储水盒，所述出水管固定块通过强磁材料吸附在所述轨迹标记板上，且可以改变方位；所述轨迹标记板放置在所述底座储水盒的所述底座支撑架上；所述恒流装置设置在所述底座储水盒外围的后方，且位于所述轨迹标记板的后方。

本发明提出的多功能持续性抛体运动实验仪中，出水管固定块包括：出水管、连接管、水平仪、刻度校准线和重锤线；所述出水管穿过所述出水管固定块与所述连接管连通；所述连接管通过软管与所述恒流装置的所述恒流出水管连通；所述水平仪设置在所述出水管固定块的上部，用于判断所述出水管固定块的水平状态；所述刻度校准线分别位于所述出水管固定块的两侧，且与所述出水管的轴线在同一平面内；所述重锤线通过细线悬挂在所述出水管固定块上，用于判断所述轨迹标记板的竖直状态。

本发明提出的多功能持续性抛体运动实验仪中，所述轨迹标记板包括：角度仪、铁片、标记片、标记片滑动槽、传动绳、综合固定槽、拉动块、纵坐标刻度和底座；所述轨迹标记板上能够使用白板笔写画，能在其上快捷地画出水流运动的轨迹；所述角度仪设置在所述轨迹标记板的左上方，与所述铁片的位置前后相对应，用于确定所述出水管中水流的出射方向，演示初速度方向不同的抛体运动；多个所述标记片滑动槽在水平方向上等间距设置，用于所述标记片能够在其中滑动，以改变所述标记片在竖直方向上的位置；所述标记片与所述拉动块通过所述传动绳连接在一起，拉动所述拉动块，即可上下移动所述标记片，当所述标记片的所述十字叉心与水流轨迹的中间位置对齐时，即可将水流轨迹上的点记录下来；再结合所述纵坐标刻度和所述显示灯固定块上标示的数字，即可快速读出所述十字叉心的横、纵坐标。

本发明提出的多功能持续性抛体运动实验仪中，所述标记片安放在所述标记片滑动槽里，并且其表面与所述轨迹标记板的表面相平；所述标记片上设置有十字标叉；所述十字标叉上的横、纵线的交点位于所述标记片的中心，且与所述标记片滑动槽的中心线重合；所述十字标叉的线宽与所述角度仪上的所述坐标刻度线的线宽相同。

本发明提出的多功能持续性抛体运动实验仪中，所述拉动块设置在所述传动绳的中间；所述拉动块位于所述轨迹标记板的背面，与所述轨迹标记板间产生摩擦，且所述轨迹标记板透明，易确定所述拉动块的位置，便于拉动，使所述标记片能够在所述标记片滑动槽中上下移动。

本发明提出的多功能持续性抛体运动实验仪中，所述综合固定槽通过所述固定槽分别设置在所述轨迹标记板的顶部和底部，所述综合固定槽进一步包括：定滑轮、显示灯固定块、固定槽和传动绳通孔；所述标记片滑动槽的中轴线位于所述定滑轮的轴线和所述传动绳通孔所处的平面，以便于所述传动绳能够快速的滑动；所述显示灯固定块只设置在所述轨迹标记板顶部的所述综合固定槽上，且与所述标记片滑动槽一一对应，用于放置显示灯。显示灯位于水流轨迹的正上方，确保其光可以照射在水流上。

本发明提出的多功能持续性抛体运动实验仪中，所述底座进一步包括：螺孔和水平调节螺杆；所述底座上的所述螺孔与所述底座支撑架上的螺孔一一对应，当所述水平调节螺杆穿过两个所述螺孔时，不仅将所述轨迹标记板固定在所述底座支撑架上，而且还可以调节所述轨迹标记板的竖直状态。

本发明提出的多功能持续性抛体运动实验仪中，所述恒流装置包括：恒流出水管、堵帽、收集固定管、液位差管、固定环和铁架台；所述恒流出水管垂直穿过所述收集固定管，与所述液位差管连通，确保水流经所述恒流出水管流入所述出水管中，形成初速度恒定的水流，以便演示抛体运动；所述液位差管设置在所述收集固定管中，一端两者齐平，另一端所述收集固定管的高度高于所述液位差管；所述堵帽设置在所述收集固定管和所述液位差管的相齐平的一端，将所述收集固定管和所述液位差管分隔开；所述堵帽进一步包括：进水管和溢水管；所述溢水管与所述收集固定管连通；所述进水管将所述液位差管与所述水泵连通，即所述水泵将所述底座储水盒中的水抽送至所述液位差管中，然后，一部分水体经所述恒流出水管流出，另一部分水从所述液位差管的上端溢出，流入到所述收集固定管中，最后经所述溢水管又流回到下方的所述底座储水盒中。这样就能让水流将抛体运动的轨迹不间断地完整呈现出来。

本发明提出的多功能持续性抛体运动实验仪中，所述底座储水盒内设置有水泵和底座支撑架；所述底座支撑架用于支撑所述轨迹标记板，确保其不会被淹没在水体中；所述底座储水盒中放置了纱布，用于减缓水流飞溅；所述底座储水盒上，设置了最低水位线和最高水位线，其中最低水位线是确保水流能够长时间持续性的显示抛体运动轨迹，最高水位线是确保水体不会淹没所述轨迹标记板的底座，便于取下。

本发明多功能持续性抛体运动实验仪的优点包括：

1.水不间断地循环流动，使得水流所做的抛体运动的轨迹能清晰、不间断、长时间地显示出来。这十分有利于学生构建抛体运动的物理模型。

2.液位差管和出水管间的高度差可以改变。这使得从出水管流出的水，其初速度也随之改变。因而，本发明可用于研究不同初速度的水流的运动轨迹，有助于拓展学生的学习空间。

3.多个显示灯通过显示灯固定块设置在轨迹标记板上方，且位于水流轨迹的正上方；当显示灯照射水流时，班上不同位置的学生均能看到水流的轨迹，而且还能够清晰地看到轨迹标记板上的坐标刻度，便于读数。

4.6个等间距设置的标记片能够方便、快捷地记录下水流做抛体运动时其运动轨迹上的6个点。若用白板笔在轨迹标记板上将6个点用光滑的曲线连接起来，学生便能够直观地看到水流做抛体运动所留下的静态轨迹；若再结合轨迹标记板的坐标刻度，快速准确地读出6个标记片所对应的横纵坐标，并运用excel软件作x-y图形，即刻可拟合出曲线方程。这样有助于学生从感性认识上升到理性认识，从而构建出抛体运动的物理模型。

5.出水管固定块是通过强磁材料吸附在轨迹标记板上的，其位置易于改变。因此，当用本发明演示初速度倾角不同的抛体运动时，可以方便地调整出水管管口的位置，使其与坐标原点对齐，使实验数据的获取和处理更简便；而且还可以形象直观地演示以下两种情况下求平抛运动初速度的差异：一是初位置已知，且与坐标原点对齐；二是初位置未知，并移动出水管固定块与坐标原点不对齐。这样能让学生深刻地体会到两者的差异，从而更加深入地理解平抛运动的性质。轨迹标记板放置在底座支撑架上，易于取放。因此，在完成水流轨迹的记录后，可以取下轨迹标记板，方便学生近距离观察轨迹，也方便学生处理实验数据。

附图说明

图1为背景技术中常规平抛运动演示实验装置。

图2为背景技术中常规平抛运动演示实验装置。

图3为本发明多功能持续性抛体运动实验仪的结构示意图。

图4为本发明多功能持续性抛体运动实验仪的主视图。

图5为本发明多功能持续性抛体运动实验仪的左视图。

图6为本发明多功能持续性抛体运动实验仪的俯视图。

图7为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中出水管固定块的结构示意图。

图8为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中出水管固定块的主视图。

图9为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中出水管固定块的左视图。

图10为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中轨迹标记板的结构示意图。

图11为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中轨迹标记板的主视图。

图12为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中标记片的结构示意图。

图13为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中拉动绳的结构示意图。

图14为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中标记片拉动块传动绳的俯视图。

图15为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中标记片拉动块传动绳左视图。

图16为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中底座的结构示意图。

图17为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中底座储水盒的结构示意图。

图18为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中底座储水盒俯视图。

图19为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中底座储水盒主视图。

图20为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中底座储水盒左视图。

图21为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中底座支撑架。

图22为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中底座支撑架左视图。

图23为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中堵帽的结构示意图。

图24为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中堵帽俯视图。

图25为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中堵帽主视图。

图26为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中固定环的结构示意图。

图27为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中恒流出水管俯视图。

图28为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中恒流装置的结构示意图。

图29为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中恒流装置俯视图。

图30为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中恒流装置主视图。

图31为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中拉动块的结构示意图。

图32为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中收集固定管的结构示意图。

图33为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中收集固定管的主视图.

图34为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中水平旋转螺杆的结构示意图。

图35为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中液位差管的结构示意图。

图36为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中液位差管俯视图.

图37为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中综合固定槽(上下)的示意图。

图38为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中综合固定槽(上下)俯视图。

图39为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中综合固定槽的结构示意图。

图40为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中综合固定槽俯视图。

图41为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中综合固定槽主视图。

图42为本发明多功能持续性抛体运动实验仪中综合固定槽左视图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

如图3至图19所示，本实施例中的多功能持续性抛体运动实验仪，包括出水管固定块、轨迹标记板、恒流装置和底座储水盒。出水管固定块通过强磁材料吸附在轨迹标记板上，且其位置可以改变；轨迹标记板放置在底座储水盒的底座支撑架上；恒流装置设置在底座储水盒外围的后方，也位于轨迹标记板的后方。

出水管固定块

出水管固定块1：长6cm，宽2cm，高3cm，板厚2.5cm，出水管固定块1的作用：由于出水管11是通过强磁铁吸附在轨迹标记板上的，当要演示初速度倾角不同的抛体运动时，可以移动出水管固定块的位置，以调整出水管的管口的位置，使其与轨迹标记板的坐标原点相对齐，方便数据的记录和测量。

出水管固定块1包括：出水管11、连接管12、水平仪13、刻度校准线14和重锤线。

出水管11：长5cm，内径0.6cm，外径0.8cm；其中，有1cm长度位于出水管固定块1外；连接管12：内径1cm，外径1.4cm；

水平仪13：长4cm，宽2cm，高1cm；水平仪13用于判断出水管11的水平程度，确保水流沿水平方向射出，做平抛运动；

重锤线：线长15cm，重锤重500g。

轨迹标记板

轨迹标记板2包括：角度仪21、铁片22、标记片23、标记片滑动槽24、传动绳25、综合固定槽26、拉动块27、纵坐标刻度28和底座29。

轨迹标记板2与放置在底座储水盒4的底座支撑架42上，且易于取放；

轨迹标记板2：长37cm，高42cm，板厚1cm；

角度仪21：用于设置角度仪21的区域，长20cm，宽7cm；角度仪21设置在轨迹标记板2的左上方；

铁片22：长12cm，宽6.5cm，厚0.5cm；设置在轨迹标记板2的左上方，与角度仪21区域相对应，与出水管固定块1内的强磁铁相互吸引，将出水管固定块1吸附在轨迹标记板2上；

标记片23包括：十字标叉231。

标记片23：长2cm，内槽板宽1.6cm，厚0.2cm；外槽板长2cm，宽1cm，厚0.3cm；共厚0.5cm.标记片23的作用：标记片23能在标记片滑动槽24中滑动，能够快速记录水流轨迹上的某些点；

十字标记叉231：线呈黑色，线宽0.1cm.十字标记叉231的作用：由于十字叉呈黑色，当调节标记片23时，能够判断标记片23的位置是否准确反映了水流轨迹的某些位置，且能够快速读出相应位置的坐标；

标记片滑动槽24：长40cm，内槽宽1.6cm，厚0.2cm；外槽宽1cm，厚0.3cm；6个标记片滑动槽24按每隔5cm等间距地设置，用于标记片23上下滑动。标记片滑动槽24的作用：保证标记片23能够上下滑动，且能快而准地停在需要标记的位置；

传动绳25：长37cm，直径0.1cm；共12根，穿过传动绳通孔264与定滑轮261一一对应。传动绳25的作用：传动绳25经过定滑轮261，一端连接在标记板23上，另一端与拉动块27相连，确保能快速改变标记片23的位置；

综合固定槽26包括：定滑轮261、显示灯固定块262、固定槽263和传动绳通孔264；

定滑轮261：外径1cm，内径0.6cm，厚0.5cm；每个标记片滑动槽24的两端各一个，共12个；用于改变传动绳25的方向，降低传动绳25与轨迹标记板2间的摩擦，使标记片23易于移动；

显示灯固定块262：长3.5cm，宽2.5cm，厚1cm；中间设置了显示灯通孔，孔径1.6cm，用于安放显示灯；每个标记板滑动槽24的正上方有一个显示灯固定块，共计6个；

传动绳通孔264：孔径0.2cm，用于传动绳25穿过，便于拉动标记片23；

拉动块27：长2cm，宽1.2cm，高2cm.拉动块27的作用：拉动块27设置在传动绳25的中间，便于快速找到传动绳25，进而改变标记片23的位置；同时，由于拉动块27和轨迹标记板2相互接触，两者之间存在摩擦，故标记片23容易固定在拉动后的位置，能准确标记水流轨迹的某些点；

底座29：长10cm，宽4cm，高5cm，共2个，用于支撑轨迹标记板2；

底座29包括：螺孔291和水平调节螺杆292。

螺孔291：孔径0.5cm，内壁呈螺纹状，共4个，分别位于底座29的4个角上。

水平调节螺杆292：直径0.5cm，外壁呈螺纹状，与螺孔291的螺纹相对应，共4根；水平调节螺杆292和螺孔291相结合使用，能够调节轨迹标记板2的竖直程度。

恒流装置

恒流装置3设置在底座储水盒4的外围后方，用于出水管11出水口形成恒定的初速度；

恒流装置3包括：恒流出水管31、堵帽32、收集固定管33、液位差管34、固定环35和铁架台36；

恒流出水管31：外径1.6cm，内径1.4cm，长3cm；通过软管连接，将液位差管34和出水管11连通；

堵帽32：呈“u”字形，内径5cm，外径6cm；用于堵住收集固定管33和液位差管34，且将两者分割开；

收集固定管33：内径4.8cm，外径5cm，长20cm；用于收集从液位差管34中溢出的多余的水；

液位差管34：内径3cm，外径3.2cm，长16cm；与堵帽32上的进水管322连通；一部分水从恒流出水管31中流出，另一部分从液位差管34的上方溢出，确保液位差管34的上端与出水管11间的形成恒定的水位差，且可以通过改变液位差管34的上端与出水管11间的高度差来改变水流的初速度，实现演示或研究初速度不同的抛体运动。

底部储水盒

底座储水盒4设置有：水泵41和底座支撑架42，底座支撑架42上有支撑架孔421，其与螺孔291对应；

底座储水盒4：长50cm，宽15cm，高7cm；在底座储水盒4上设置了最低水位线和最高水位线，保证水流能够正常循环。底座储水盒4的作用：收集从出水管11中流出的水，然后经过水泵41抽送至恒流装置3中，实现水循环；同时还用于安放轨迹标记板2；

水泵41：长4cm，宽4cm，高4cm；功率分15w；

防溅水纱布：长20cm，宽10cm，厚0.5cm；悬挂在底座储水盒4中水流下落的位置，防止水流下落到底座储水盒4中时溅起水花。

使用方法：

判断平抛运动的轨迹是不是抛物线：

1.将轨迹标记板2放置在底座支撑架42上，利用水平调节螺杆292将轨迹标记板2固定，且结合重锤线，调节轨迹标记板2，使其处于竖直状态。

2.将出水管固定块1吸附在轨迹标记板2的铁片22区域。

3.将功率为15w的水泵41与进水管322相连，利用软管将恒流出水管31和连接管12相连，且将溢水管322放置在底座储水盒4中。

4.在底座储水盒4中注水，直到水量达到最低水位线以上，且低于最高水位线；(注意：必须达到最低水位线上，否则容易出现水无法淹没水泵41的情况，长时间运转使水泵41被烧坏)

5.调节出水管固定块1的位置，使刻度校准线14与角度仪21上的零刻度相对齐，同时借助水平仪13，将其调至水平状态；除此外，还要调节出水管固定块1的出水管11管口，使其与轨迹标记板2的坐标原点对齐。

6.打开显示灯和水泵41电源，观察实验现象。

7.依次调节6个拉动块27，改变标记片23的位置，让标记片23上的十字标叉231的交点置于水流轨迹的中间位置。

8.关闭水泵41的电源。

9.记录下6个标记片23的坐标位置。

10.关闭显示灯。

11.进行数据处理分析。

12.将水倒出底座储水盒4，收拾实验仪器。

已知初位置，求初速度探究实验：

1.将轨迹标记板2放置在底座支撑架42上，利用水平调节螺杆292将轨迹标记板2固定，且结合重锤线，调节轨迹标记板2，使其处于竖直状态。

2.将出水管固定块1吸附在轨迹标记板2的铁片22区域。

3.将功率为15w的水泵41与进水管322相连，利用软管将恒流出水管31和连接管12相连，且将溢水管322放置在底座储水盒4中。

4.在底座储水盒4中注水，直到水量达到最低水位线以上，且低于最高水位线。

5.调节出水管固定块1的位置，使刻度校准线14与角度仪21上的零刻度相对齐，同时借助水平仪13，将其调至水平状态；除此外，还要调节出水管固定块1的出水管11管口，使其与轨迹标记板2的坐标原点对齐。

6.打开显示灯和水泵41电源，观察实验现象。

7.依次调节6个拉动拉动块27，改变标记片23的位置，让标记片23上的十字标叉231的交点位于水流轨迹的中间位置。

8.关闭水泵41的电源。

9.记录下6个标记片23的坐标位置。

10.关闭显示灯。

11.进行数据处理分析。

12.将水倒出底座储水盒4，收拾实验仪器。

未知初位置，求初速度探究实验：

1.将轨迹标记板2放置在底座支撑架42上，利用水平调节螺杆292将轨迹标记板2固定，且结合重锤线，调节轨迹标记板2，使其处于竖直状态。

2.将出水管固定块1吸附在轨迹标记板2的铁片22区域。

3.将功率为15w的水泵41与进水管322相连，利用软管将恒流出水管31和连接管12相连，且将溢水管322放置在底座储水盒4中。

4.在底座储水盒4中注水，直到水量达到最低水位线以上，且低于最高水位线。

5.调节出水管固定块1的位置，使刻度校准线14与角度仪21上的零刻度相对齐，同时借助水平仪13，将其调至水平状态；除此外，还要调节出水管固定块1的出水管11管口，使其与轨迹标记板2的坐标原点对齐。

6.打开显示灯和水泵41电源，观察实验现象。

7.依次调节6个拉动拉动块27，改变标记片23的位置，让标记片23上的十字标叉231的交点位于水流轨迹的中间位置。

8.关闭水泵41的电源。

9.记录下6个标记片23的坐标位置。

10.关闭显示灯。

11.进行数据处理分析。

12.将水倒出底座储水盒4，收拾实验仪器。

本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。