[发明专利]机械能守恒验证仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种基础物理教学用具，具体涉及一种机械能守恒验证仪。

背景技术

当前基础物理实验教学用具中，机械能守恒验证仪采用的双单摆结构，结构过于简单，测量数值困难；单摆小球下落撞击另一单摆小球方式，将机械能传导到另一单摆小球上，这种方式仅体现重力势能运动前后能量不变，不能体现运动过程中由重力势能转化为动能依然守恒，机械能守恒验证不够完善；而且机械能包括动能和势能，而势能又包括重力势能和弹性势能，对机械能转化成弹性势能的验证也需要添加到机械能守恒验证中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种机械能守恒验证仪，本发明所述的机械能守恒验证仪原理简单，操作方便，数值测量准确，机械能验证过程全面；

本使用发明解决其存在的问题所采用的技术方案是：

所述机械能守恒验证仪包括：底座，立杆，测量杆；所述底座上端右侧设有气轨，所述气轨中空并与气泵通过管路连接，所述气泵与控制开关电性连接，所述气轨侧面和顶面均匀设有气孔，所述气轨端部设有限位块，所述限位块面向气轨一侧设有弹簧，所述弹簧尾端设有撞击面，所述气轨端部弹簧和撞机面两侧设有光栅测距传感器；所述气轨上配合设有可前后滑动截面呈┏┓形的滑动座，所述滑动座顶面设有固定座，所述固定座上端设有撞击柱，所述撞击柱轴向与滑动座运动方向一致，所述撞击柱前端面超出滑动座前端面并正对撞击面；所述底座上表面中间设有立杆，所述立杆上端弯折，所述立杆弯折部分中段设有转动轴承，所述转动轴承连接有单摆小锤，所述单摆小锤静止状态下前端面正对撞击柱后端面；所述底座中间设有打点计时器，所述滑动座尾端固定设有纸带，所述纸带穿过打点计时器的限位孔，所述打点计时器与控制开关电性连接，所述底座左侧上表面设有凸条，所述测量杆底部设有截面呈┏┓形的测量杆座，所述凸条与测量杆座滑动配合，所述测量杆正面设有可上下移动和竖直平面内转动的平台，所述平台下表面设有电磁铁，所述电磁铁与控制开关电性连接，所述平台下表面正对初始状态下单摆小锤的后端面，所述测量杆正表面设有刻度线，所述刻度线的0刻度与静止状态下单摆小锤重心点在同一水平面上。

进一步的，所述转动轴承与单摆小锤采用细线或者尼龙丝连接，所述单摆小锤为金属材质；

得益于上述改进结构，细线相对单摆小锤来说重量可忽略不计，从而减少了小锤下落过程中受细线质量和风阻力的影响，提高仪器准确性。

进一步的，所述弹簧为理想弹簧并遵循胡克定律F＝-KX；

得益于上述改进结构，在滑动座撞击撞击面后，将滑动座全部动能转换成弹簧的弹性势能，并通过光栅测距传感器得出弹簧弹性形变大小，从而计算最终弹性势能的数值。

进一步的，所述测量杆上的平台内侧设有转轴，转轴与测量杆连接部分为可以上下滑动并通过螺钉旋紧固定的结构，或可拆的磁性固定块；

得益于上述改进结构，更简单的调节初始位置的高度，确定初始状态下的机械能，通过测量杆上的刻度线，可以更方便直接的读出初始位置高度。

进一步的，所述打点计时器也可以采用电火花打点计时器或者电磁打点计时器；

得益于上述改进结构，通过计算纸带上各点之间距离与时间的关系可求出滑动座撞击后的运动速度，再称量滑动座的质量从而计算出滑动座移动时的动能。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：

1、实验操作过程中将重力势能转化成动能，再转化成弹性势能，验证机械能守恒定律更加全面具体。

2、测量杆上设有可上下运动的平台，更简单的调节初始位置的高度，确定初始状态下的机械能，通过测量杆上的刻度尺，可以更方便直接的读出初始位置高度，此时仅考虑重力势能。

3、采用单刀双掷开关，断开电磁铁电源的同时，打开打点计时器和气泵电源开关，减少操作复杂性，减少操作失误可能性。

4、采用光栅测距传感器更精确的测量弹簧的弹性形变，且不会产生摩擦力或其他阻力的影响。

5、金属单摆小锤与细线线组合，减少了小锤下落过程中受风阻力的影响，提高仪器准确性。

6、采用气垫导轨结构使滑动座滑动过程中没有摩擦力或其它阻力，提高仪器验证准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是所述机械能守恒验证仪一种实施例的安装示意图。

图2是所述机械能守恒验证仪一种实施例的正视图。

图3是所述机械能守恒验证仪一种实施例滑动座和气轨的剖视图。

图4是所述机械能守恒验证仪一种实施例弹簧和光栅测距传感器的安装示意图。