CN207473905U - 外力做功与物体动能变化关系教学演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有利于帮助学生更加直观、形象地理解动能定理的外力做功与物体动能变化关系教学演示仪。该教学演示仪，包括底座、测试球体、刻度尺、筒体，筒体上设置有第一测速仪、第二测速仪，底座上设置有支撑杆，支撑杆的上端与筒体的下端之间设置有接球装置，从筒体下端掉出落入接球网内，该教学演示仪通过第一测速仪和第二测速仪测量速度、动能，然后对比测试球体在从第一测速仪落到第二测速仪之间重力所做功与两位置时的动能的改变量是否相等，从而验证动能定理，能够直观、形象地理解动能定理，对于想象能力差、难以理解的同学而言也没有任何难度，可以大大提高教学效率和教学质量。适合在教学设备领域推广应用。

Description

外力做功与物体动能变化关系教学演示仪

技术领域

本实用新型涉及教学设备领域，尤其是一种外力做功与物体动能变化关系教学演示仪。

背景技术

探究外力做功与物体动能变化关系教学演示仪，是根据高中物理必修二第四章第二节《动能、动能定理》一节教学内容而设计制作的。在传统的教学中是采用创设情境引入实例分析，采用数学演绎法推出相关表达式。传统“动能定理”教学方法具体过程如下：设物体的质量为m，在与运动方向相同的恒定外力F的作用下发生一段位移L，速度由V1增加到V2，运用牛顿运动定律和运动学公式，推导出力F对物体做功的表达式。传统教学需要一步一步的进行推导分析，不能直观、形象地理解动能定理，对于想象能力差、难以理解的同学具有一定的难度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种有利于帮助学生更加直观、形象地理解动能定理的外力做功与物体动能变化关系教学演示仪。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该外力做功与物体动能变化关系教学演示仪，包括底座、测试球体、刻度尺、两端开口的透明筒体，所述测试球体的直径小于透明筒体的内直径，所述透明筒体上设置有第一测速仪、第二测速仪，所述第一测速仪、第二测速仪分别沿透明筒体从上向下依次设置，当测试球体在透明筒体内下落的过程中经过第一测速仪时，所述第一测速仪用于监测测试球体在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第一测速仪的显示屏上，当测试球体在透明筒体内下落的过程中经过第二测速仪时，所述第二测速仪用于监测测试球体在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第二测速仪的显示屏上，所述刻度尺与透明筒体互相平行且刻度尺设置在透明筒体的一侧，所述刻度尺的上下两端分别通过连接杆固定在透明筒体上，所述底座上设置有支撑杆，所述支撑杆的上端与透明筒体的下端之间设置有接球装置，所述接球装置包括圆环、接球网、多个水平固定杆、多个倾斜固定杆，所述接球网为半球状，所述接球网的开口边缘固定在圆环上，水平固定杆的一端固定在圆环上，水平固定杆的另一端固定在透明筒体的下端，倾斜固定杆的一端固定在圆环上，倾斜固定杆的另一端固定在支撑杆的上端，圆环、多个倾斜固定杆、多个水平固定杆共同围成一个锥形空腔，所述接球网位于锥形空腔内且接球网位于透明筒体的正下方。

进一步的，所述接球网的底部与支撑杆上端存在间隙。

进一步的，所述第一测速仪上设置有第一指针，所述第二测速仪上设置有第二指针，所述第一测速仪和第二测速仪结构尺寸均相同，第一指针在第一测速仪上的位置与第二指针在第二测速仪上的位置相同，第一指针、第二指针分别与刻度尺互相垂直，且第一指针的针尖、第二指针的针尖均与刻度尺相接触。

进一步的，所述第一测速仪、第二测速仪均为光电门测速仪。

进一步的，所述第一测速仪、第二测速仪均通过可拆卸结构固定在透明筒体上。

进一步的，所述可拆卸结构为螺栓连接结构。

本实用新型的有益效果是：本实用新型所述的外力做功与物体动能变化关系教学演示仪在使用时，只需将测试球体从透明筒体的放入，然后测试球体在透明筒体做自由落体运动，当测试球体分别经过第一测速仪时，第一测速仪监测测试球体在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第一测速仪的显示屏上，当测试球体经过第二测速仪时，第二测速仪用于监测测试球体在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第二测速仪的显示屏上，测试球体继续下落后从透明筒体下端掉出落入接球网内，将第一测速仪和第二测速仪的速度、动能数据记录下来并计算两个动能数据的差值，然后根据刻度尺读出第一测速仪与第二测速仪之间的距离，对比测试球体在从第一测速仪落到第二测速仪之间重力所做功与两位置时的动能的改变量是否相等，从而验证动能定理，该外力做功与物体动能变化关系教学演示仪是采用实验的方法，通过实验数据的分析，得到“合外力对物体所做的功，等于物体动能的改变量”这一科学结论，把传统的演绎推导动能定理教学方法，改变为实验探究得出动能定理的教学方法，不需要一步一步的进行推导分析，能够直观、形象地理解动能定理，对于想象能力差、难以理解的同学而言也没有任何难度，更能激发学生的学习兴趣，可以大大提高教学效率和教学质量，同时该实验还可以在学生通过演绎推理得到动能定理之后，作为实验验证动能定理之用。

附图说明

图1是本实用新型实施例中外力做功与物体动能变化关系教学演示仪的结构示意图；

图中标示：底座1、测试球体2、刻度尺3、透明筒体4、第一测速仪5、第二测速仪6、支撑杆7、接球装置8、圆环801、接球网802、水平固定杆803、倾斜固定杆804、第一指针9、第二指针10。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，该外力做功与物体动能变化关系教学演示仪，包括底座1、测试球体2、刻度尺3、两端开口的透明筒体4，所述测试球体2的直径小于透明筒体4的内直径，所述透明筒体4上设置有第一测速仪5、第二测速仪6，所述第一测速仪5、第二测速仪6分别沿透明筒体4从上向下依次设置，当测试球体2在透明筒体4内下落的过程中经过第一测速仪5时，所述第一测速仪5用于监测测试球体2在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第一测速仪5的显示屏上，当测试球体2在透明筒体4内下落的过程中经过第二测速仪6时，所述第二测速仪6用于监测测试球体2在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第二测速仪6的显示屏上，所述刻度尺3与透明筒体4互相平行且刻度尺3设置在透明筒体4 的一侧，所述刻度尺3的上下两端分别通过连接杆固定在透明筒体4上，所述底座1上设置有支撑杆7，所述支撑杆7的上端与透明筒体4的下端之间设置有接球装置8，所述接球装置 8包括圆环801、接球网802、多个水平固定杆803、多个倾斜固定杆804，所述接球网802 为半球状，所述接球网802的开口边缘固定在圆环801上，水平固定杆803的一端固定在圆环801上，水平固定杆803的另一端固定在透明筒体4的下端，倾斜固定杆804的一端固定在圆环801上，倾斜固定杆804的另一端固定在支撑杆7的上端，圆环801、多个倾斜固定杆804、多个水平固定杆803共同围成一个锥形空腔，所述接球网802位于锥形空腔内且接球网802位于透明筒体4的正下方。本实用新型所述的外力做功与物体动能变化关系教学演示仪在使用时，只需将测试球体2从透明筒体4的放入，然后测试球体2在透明筒体4做自由落体运动，当测试球体2分别经过第一测速仪5时，第一测速仪5监测测试球体2在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第一测速仪5的显示屏上，当测试球体2经过第二测速仪6时，第二测速仪6用于监测测试球体2在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第二测速仪6的显示屏上，测试球体2继续下落后从透明筒体4下端掉出落入接球网802内，将第一测速仪5和第二测速仪6的速度、动能数据记录下来并计算两个动能数据的差值，然后根据刻度尺3读出第一测速仪5与第二测速仪6之间的距离，对比测试球体2 在从第一测速仪5落到第二测速仪6之间重力所做功与两位置时的动能的改变量是否相等，从而验证动能定理该外力做功与物体动能变化关系教学演示仪是采用实验的方法，通过实验数据的分析，得到“合外力对物体所做的功，等于物体动能的改变量”这一科学结论，把传统的演绎推导动能定理教学方法，改变为实验探究得出动能定理的教学方法，不需要一步一步的进行推导分析，能够直观、形象地理解动能定理，对于想象能力差、难以理解的同学而言也没有任何难度，更能激发学生的学习兴趣，可以大大提高教学效率和教学质量，同时该实验还可以在学生通过演绎推理得到动能定理之后，作为实验验证动能定理之用。

为了避免测试球体2与下落后与支撑杆7发生碰撞发出响声影响上课，所述接球网802 的底部与支撑杆7上端存在间隙，这样测试球体2下落后与只与接球网802相接触，不会发出响声，同时测试球体2不与支撑杆7发生碰撞还可以保证教学演示仪的稳定性以及使用寿命。

为了精确的读取第一测速仪5与第二测速仪6之间的间距，所述第一测速仪5上设置有第一指针9，所述第二测速仪6上设置有第二指针10，所述第一测速仪5和第二测速仪6结构尺寸均相同，第一指针9在第一测速仪5上的位置与第二指针10在第二测速仪6上的位置相同，第一指针9、第二指针10分别与刻度尺3互相垂直，且第一指针9的针尖、第二指针10的针尖均与刻度尺3相接触。

进一步的，第一测速仪5、第二测速仪6需要能够同时测量速度以及动能，其速度测量可以采用光电式测速传感器实现，其动能的测定是基于速度的，只需采用计算芯片或单片机，将测试球体2的质量乘以速度的平方再除以二即为动能值，将光电式测速传感器与单片机相连，再在单片机上连接一个显示屏即可实现，作为优选的，所述第一测速仪5、第二测速仪6 均为光电门测速仪，其型号为X3200测速仪。

为了进行多次情况的验证试验，所述第一测速仪5、第二测速仪6均通过可拆卸结构固定在透明筒体4上，这样可以自由的调整第一测速仪5与第二测速仪6之间的间距，从而得到不同的试验数据，使其验证效果更加准确。为了方便移动第一测速仪5、第二测速仪6，所述可拆卸结构优选为螺栓连接结构。

Claims (5)

1.外力做功与物体动能变化关系教学演示仪，其特征在于：包括底座(1)、测试球体(2)、刻度尺(3)、两端开口的透明筒体(4)，所述测试球体(2)的直径小于透明筒体(4)的内直径，所述透明筒体(4)上设置有第一测速仪(5)、第二测速仪(6)，所述第一测速仪(5)、第二测速仪(6)分别沿透明筒体(4)从上向下依次设置，当测试球体(2)在透明筒体(4)内下落的过程中经过第一测速仪(5)时，所述第一测速仪(5)用于监测测试球体(2)在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第一测速仪(5)的显示屏上，当测试球体(2)在透明筒体(4)内下落的过程中经过第二测速仪(6)时，所述第二测速仪(6)用于监测测试球体(2)在此时的拥有的速度以及动能并将监测结果显示在第二测速仪(6)的显示屏上，所述第一测速仪(5)、第二测速仪(6)均为光电门测速仪，所述刻度尺(3)与透明筒体(4)互相平行且刻度尺(3)设置在透明筒体(4)的一侧，所述刻度尺(3)的上下两端分别通过连接杆固定在透明筒体(4)上，所述底座(1)上设置有支撑杆(7)，所述支撑杆(7)的上端与透明筒体(4)的下端之间设置有接球装置(8)，所述接球装置(8)包括圆环(801)、接球网(802)、多个水平固定杆(803)、多个倾斜固定杆(804)，所述接球网(802)为半球状，所述接球网(802)的开口边缘固定在圆环(801)上，水平固定杆(803)的一端固定在圆环(801)上，水平固定杆(803)的另一端固定在透明筒体(4)的下端，倾斜固定杆(804)的一端固定在圆环(801)上，倾斜固定杆(804)的另一端固定在支撑杆(7)的上端，圆环(801)、多个倾斜固定杆(804)、多个水平固定杆(803)共同围成一个锥形空腔，所述接球网(802)位于锥形空腔内且接球网(802)位于透明筒体(4)的正下方。

2.根据权利要求1所述的外力做功与物体动能变化关系教学演示仪，其特征在于：所述接球网(802)的底部与支撑杆(7)上端存在间隙。

3.根据权利要求2所述的外力做功与物体动能变化关系教学演示仪，其特征在于：所述第一测速仪(5)上设置有第一指针(9)，所述第二测速仪(6)上设置有第二指针(10)，所述第一测速仪(5)和第二测速仪(6)结构尺寸均相同，第一指针(9)在第一测速仪(5)上的位置与第二指针(10)在第二测速仪(6)上的位置相同，第一指针(9)、第二指针(10)分别与刻度尺(3)互相垂直，且第一指针(9)的针尖、第二指针(10)的针尖均与刻度尺(3)相接触。

4.根据权利要求1所述的外力做功与物体动能变化关系教学演示仪，其特征在于：所述第一测速仪(5)、第二测速仪(6)均通过可拆卸结构固定在透明筒体(4)上。

5.根据权利要求4所述的外力做功与物体动能变化关系教学演示仪，其特征在于：所述可拆卸结构为螺栓连接结构。