物理教学用冲量测试实验装置

1.本实用新型涉及物理教学中冲量测试实验装置，具体涉及自由落体或其它直线物体运动冲量测试的实验装置。


背景技术：

2.在物理学习中，自由落体运动是重要章节。自由落体是指常规物体只在重力的作用下，初速度为零的运动。自由落体运动是一种理想状态下的物理模型。自由落体运动源于地心引力，物体在只受重力作用下从相对静止开始下落的运动叫做自由落体运动。自由落体运动的规律：vt2=2gh(g是重力加速度，在地球上g≈9.8m/s2)。自由落体运动的特点：（1）物体开始下落时是静止的即初速度v=0。（2）物体下落过程中，除受重力作用外，不再受其他任何外界的作用力。（3）任何物体在相同高度做自由落体运动时，下落时间相同。
3.自由落体对地面的冲击力和冲量公式应为：f=m√(2gh)/t，即：冲量=动量，ft=mv，其中v=√(2gh)——自由落体。然而，1、任何物理运动，都不可能是“瞬间完成”（时间为0）！都必须有一个时间过程，只是时间长短问题；2、动量mv相同时，作用时间t越短，产生的冲击力f就越大！f与t成反比；3、任何物体（无论多么坚硬）在受力（无论多小）时都会变形。物体所受合外力的冲量等于它的动量的增量（即末动量减去初动量）。冲量是一个过程量，一个恒力的冲量指的是这个力与其作用时间的乘积。冲量表述了对质点作用一段时间的积累效应的物理量，是改变质点机械运动状态的原因。
4.目前在物理教学中，以上关于上述问题和冲击力的学习只停留在理论学习中，一般不采用实验设备进行验证。现有的自由落体实验装置，如：中国专利文献cn105261263a公开的一种自由落体运动实验仪，它是通过真空玻璃管内可达到较高的真空度，小钢球运动时间可实现精度较高的测量，进而实现自由落体速度实验。现有技术包括上述专利，不能对自由落体落下后的冲量进行实验和测量，自由落体的冲量只能经过计算。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种物理教学用冲量测试实验装置，本实用新型解决背景技术问题，提供一种冲量测试实验装置，该装置用于教学中可以让学生理解冲量中时间与冲击力的变化规律。
6.为解决上述问题，物理教学用冲量测试实验装置，包括基座、导向装置、电磁铁、实验铁滑块、单向测力传感器、阻尼缓冲器、控制器、计时器和计算机；导向装置包括导向杆、底座和顶座，至少两个竖向设置的导向杆上下端分别与顶座和底座固定连接；底座安装于基座上；底座上安装有阻尼缓冲器，阻尼缓冲器上面安装有单向测力传感器；顶座上有圆形孔，导向杆上端固定于圆形孔内缘上；实验铁滑块设置于圆形孔内，实验铁滑块周边有凹槽，凹槽与导向杆配合；电磁铁设置于顶座上面，实验铁滑块吸附于电磁铁下面；控制器输出端连接电磁铁，控制器输入端连接单向测力传感器，控制器还连接计时器和计算机。
7.进一步地，本实用新型的物理教学用冲量测试实验装置还具有如下特点：在测力
3和底座2-2；底座2-2安装于基座1上；底座2-2上安装有阻尼缓冲器7，阻尼缓冲器7上面安装有单向测力传感器6；顶座2-3上有圆形孔2-4，导向杆2-1上端固定于圆形孔2-4内缘上；实验铁滑块5设置于圆形孔2-4内，实验铁滑块5周边有凹槽5-2，凹槽5-2与导向杆2-1配合；电磁铁3设置于顶座2-3上面，实验铁滑块5吸附于电磁铁3下面；实验铁滑块5下面有球面凸起5-1，单向测力传感器6的受撞头6-1上表面有与球面凸起5-1吻合的球形凹面。实验铁滑块5向下运动，其球面凸起5-1冲击单向测力传感器6的受撞头6-1，且球面凸起5-1与凹面触。
24.在测力传感器6上安装有位移动传感器8，位移动传感器8连接控制器9输入端，进而可以测量冲击后的位置距离。控制器9输出端连接电磁铁3，控制器9输入端连接单向测力传感器6，控制器9还连接计时器10和计算机11。
25.操作方法：
26.1、用手托起实验铁滑块5放置于顶座2-3的圆形孔2-4中，且电磁铁3放置于顶座2-3上面，电磁铁3将实验铁滑块5吸附。控制器9控制关闭电磁铁3，磁力消失，实验铁滑块5自由落体下落。
27.2、实验铁滑块5下落后冲击单向测力传感器6，同时阻尼缓冲器7受力被压缩，单向测力传感器6受到的冲击力由大变小，直到实验铁滑块5向下运动停止。实验铁滑块5停止运动时，单向测力传感器6受到的力即为实验铁滑块5的自重。
28.3、单向测力传感器6将受到的冲击力信息传递给控制器9，同时控制器9连接的计时器10记录实验铁滑块5开始冲击单向测力传感器6至实验铁滑块5停止运动的时间。
29.4、控制器将单向测力传感器6受理的冲击力及时间传递给计时器10，计时器10列出冲击力和时间表格，并绘制出曲线表，并计算量值。
30.实施例二：
31.如图1-7所示，本实施例与实施例一不同之处在于：导向装置2的底座2-2通过转轴与基座1上的凸起铰接，凸起上有环绕转轴的角度刻度线，转轴的轴头上有刻度指示标识。导向装置2转动时，通过角度标识确定转角。在基座1上还设置有滑道1-1，滑道1-1上设置有一个滑块1-2， 滑块1-2通过锁紧螺栓1-5固定在滑道1-1上，即锁紧螺栓1-5与滑块1-2上的螺纹孔配合，锁紧螺栓1-5内端顶在滑道1-1侧在，锁紧螺栓1-5螺帽上设置把手，方便将滑块1-2锁紧或松开。在导向装置2侧面还设置有一个支杆1-3，支杆1-3上下端分别与顶座2-3和滑块1-2铰接。支杆1-3、导向装置2、滑道1-1和滑块1-2构成曲柄滑块机构，进而将导向装置2倾斜并固定。
32.在导向装置2上方还设置有电磁推杆组件4，电磁推杆组件4的机架固定于顶座2-3上，电磁推杆组件4的推杆向下并位于导向杆2-1和顶座2-3中心轴线上，且推杆与实验铁滑块5相对；电磁推杆组件4连接控制器输出端。在导向装置2倾斜时通过电磁推杆组件4对实验铁滑块5施加一个初始力，进行斜向滑动的冲量实验。
33.操作方法：
34.1、导向装置2旋转至设定的角度，并固定。
35.2、控制器将电磁铁3关闭，同时电磁推杆组件4动作，对实验铁滑块5提供一个初始力；
36.3、实验铁滑块5沿着导向杆2-1下滑至单向测力传感器6，进而测量实验铁滑块5斜
向下滑的冲量。


技术特征：
1.物理教学用冲量测试实验装置，其特征在于，包括基座、导向装置、电磁铁、实验铁滑块、单向测力传感器、阻尼缓冲器、控制器、计时器和计算机；导向装置包括导向杆、底座和顶座，至少两个竖向设置的导向杆上下端分别与顶座和底座固定连接；底座安装于基座上；底座上安装有阻尼缓冲器，阻尼缓冲器上面安装有单向测力传感器；顶座上有圆形孔，导向杆上端固定于圆形孔内缘上；实验铁滑块设置于圆形孔内，实验铁滑块周边有凹槽，凹槽与导向杆配合；电磁铁设置于顶座上面，实验铁滑块吸附于电磁铁下面；控制器输出端连接电磁铁，控制器输入端连接单向测力传感器，控制器还连接计时器和计算机。2.如权利要求1所述物理教学用冲量测试实验装置，其特征在于，在测力传感器上安装有位移动传感器，位移动传感器连接控制器输入端。3.如权利要求1所述物理教学用冲量测试实验装置，其特征在于，实验铁滑块下面有球面凸起，单向测力传感器的受撞头上表面有与球面凸起吻合的球形凹面。4.如权利要求1所述物理教学用冲量测试实验装置，其特征在于，导向装置的底座通过转轴与基座上的凸起铰接，在基座上还设置有滑道，滑道上设置有一个滑块， 滑块通过锁紧螺栓固定在滑道上；在导向装置侧面还设置有一个支杆，支杆上下端分别与顶座和滑块铰接，支杆、导向装置、滑道和滑块构成曲柄滑块机构，进而将导向装置倾斜固定。5.如权利要求4所述物理教学用冲量测试实验装置，其特征在于，在导向装置上方还设置有电磁推杆组件，电磁推杆组件的机架固定于顶座上，电磁推杆组件的推杆向下并位于导向杆和顶座中心轴线上，且推杆与实验铁滑块相对；电磁推杆组件连接控制器输出端。6.如权利要求4所述物理教学用冲量测试实验装置，其特征在于，凸起上有环绕转轴的角度刻度线，转轴的轴头上有刻度指示标识。

技术总结
物理教学用冲量测试实验装置，涉及物理教学中冲量测试实验装置。包括基座、导向装置、电磁铁、实验铁滑块、单向测力传感器、阻尼缓冲器、控制器、计时器和计算机；导向装置包括导向杆、底座和顶座，至少两个竖向设置的导向杆上下端分别与顶座和底座固定连接；底座安装于基座上；底座上安装有阻尼缓冲器，阻尼缓冲器上面安装有单向测力传感器；顶座上有圆形孔，导向杆上端固定于圆形孔内缘上；实验铁滑块设置于圆形孔内，实验铁滑块周边有凹槽，凹槽与导向杆配合；电磁铁设置于顶座上面，实验铁滑块吸附于电磁铁下面。本实用新型提供一种冲量测试实验装置，该装置用于教学中可以让学生理解冲量中时间与冲击力的变化规律。冲量中时间与冲击力的变化规律。冲量中时间与冲击力的变化规律。


技术研发人员：杨娜 张磊
受保护的技术使用者：黑龙江工程学院
技术研发日：2021.10.13
技术公布日：2022/3/4