專利名稱：拋體運動演示儀及演示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中學課堂教學過程中的實驗演示儀器，特別是涉及中學物理關(guān)于拋體運動規(guī)律的演示儀器。
背景技術(shù)：
高中物理進行平拋運動規(guī)律和特點教學時，原有的配套教材實驗儀器，作為演示實驗，可視效果差，作為學生實驗，一種《平拋運動演示儀》是采用多次拋出小球以連接軌跡點的方法，操作麻煩，必須一次次的反復讓小球從斜槽上滾下來，打下的痕跡用曲線連起來，學生無法直觀地觀察到形象曲線，而且誤差較大。平拋運動是水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合運動，這一點原有的儀器很難體現(xiàn)出來。在二十屆英特大賽上《磁性小球平拋儀》，解決了形像、直觀問題，但是小球與板間有摩擦阻力，定量關(guān)系誤差大，且作為學生實驗時，調(diào)整困難。教材中斜拋運動還沒有實驗儀器來演示水平位移跟初速度和下落高度的關(guān)系、斜拋運動時射程跟拋射角的關(guān)系。更沒有一種實驗演示教具可同時演示這兩個試驗的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，最好的辦法就是改進實驗儀器，使拋體運動形象直觀的反應(yīng)出來，讓學生能親自通過實驗觀察和分析解決課程中的命題，而且力求簡化，設(shè)計一種能同時演示平拋運動規(guī)律和斜拋運動規(guī)律的《拋體運動演示儀》是本發(fā)明的目的所在。本發(fā)明的技術(shù)方案首先采用水流來代替原來的小球作為運動物體，按設(shè)計條件控制拋出連續(xù)水流的方法，既形像又直觀的看到拋體曲線，加深理解拋休運動的規(guī)律。本發(fā)明是通過如下的技術(shù)措施具體實現(xiàn)的，一種利用噴射水流來實現(xiàn)的拋體運動演示儀，其特征在于它包括支架1、水箱2、開關(guān)3、出水管4、角度刻度線5、噴頭6、角度調(diào)節(jié)器7、垂直距離刻度線8、面板9、接水槽10、水平儀11、底板12、底板水平調(diào)節(jié)螺釘13、排水管14、水平距離刻度線15組成。其中支架1是金屬框架結(jié)構(gòu)，兩邊下端固定在面板9的背面；水箱2系一長方體水槽，它左右兩邊各有一個耳座，套在支架兩邊的立柱上并擱放在面板9的上面，水槽水平截面積大一點，以保證一段時間內(nèi)水位下降不計，從而不影響水流噴出的初速度。開關(guān)3采用開即通、關(guān)即斷的快速反應(yīng)的球閥，安裝在出水管4上，也可用鋼絲夾套在出水管上替代，用來控制出水。出水管4采用乳膠管，上接水箱2，下接噴頭6。噴頭6采用醫(yī)用的大號針筒針頭，利用針頭的小孔噴咀噴出的細長水流演示拋物體。角度調(diào)節(jié)器7是一件金屬結(jié)構(gòu)的夾持器，夾緊噴頭6在面板9左上角的90度弧形槽內(nèi)轉(zhuǎn)動并調(diào)節(jié)角度，角度可調(diào)節(jié)范圍為0°-90°。面板9用35×30厘米有機玻璃或木板制成，垂直固定在底板12的中心線上，面板9的正面有明顯的縱橫刻度顯示。接水槽10是一個25×4×3厘米的容器，安裝在面板9前面的底板12上，用來承接噴頭6噴下的水流，聚集后，經(jīng)右側(cè)底部的泄水孔接上排水管14排出。水平儀11采用市售的水泡水平儀粘在底板上，以保持演示儀的水平狀態(tài)。底板12用35×8×1厘米鐵板做成，為了增加演示儀的平穩(wěn)度，底板質(zhì)量大一些。底板水平調(diào)節(jié)螺釘13安裝在底板12下面，左、右各一，用可調(diào)節(jié)螺釘做成。排水管14用乳膠管做。水平距離刻度線15，縱橫間距1cm。角度刻度線5，在面板7的左上角90度弧形槽和0點之間設(shè)幾個0°-90°的特殊點并標明度數(shù)。一種對上述拋體運動演示儀的演示方法，其特征在于它分平拋運動和斜拋運動兩步進行演示a.演示平拋運動先調(diào)整底板水平調(diào)節(jié)螺釘13，顯示水平儀11的水平基準使演示儀底板12保持水平，在水箱2中注入適量的水，可以帶點顏色在白水色的面板襯托下可以增加可視效果。調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)器7使噴頭6成水平，打開開關(guān)3，經(jīng)出水管4和噴頭6以一定初速度噴出的一股細水流很直觀的呈現(xiàn)一條平拋曲線，由于水流較細，水箱2水平截面較大，在一小段時間內(nèi)可以認為平拋初速度不變。觀察坐標刻度，找出下落高度和水平位移，通過計算，即可得到初速度的大小。在豎直方向找出相等時間內(nèi)的位移滿足1∶3∶5的關(guān)系，再在水平方向找出相應(yīng)的位移，可以發(fā)現(xiàn)滿足1∶1∶1的關(guān)系，說明水平方向的運動為勻速運動。
繼續(xù)在水箱2下面墊上不同厚度的墊塊來提升水箱2的高度以增加水流的壓力，即改變了平拋運動的初速度，重復上述實驗。
b.演示斜拋運動在圓弧槽內(nèi)移動角度調(diào)節(jié)器7，調(diào)節(jié)噴頭6與水平夾角，噴頭6的出水口保持在同一高度，觀察水平射程隨拋射角的變化而變化，可以清楚觀察到拋射角45度時水平射程最大。
同時改變水箱2高度，即改變了斜拋運動初速度，重復上述實驗，可以觀察到水平射程和射高跟初速度關(guān)系。
本發(fā)明拋體運動演示儀的優(yōu)點在于作為平拋運動和斜拋運動的多用途演示教具，能比較形象、直觀且正確說明平拋和斜拋運動的規(guī)律，充分說明了、也驗證了拋射角與水平射程、射高的關(guān)系；初速度與水平射程、射高的關(guān)系。實驗效果顯著，可以作為學生實驗推廣使用。本發(fā)明還有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可視性強等優(yōu)點。


圖1.本發(fā)明拋體運動演示儀的結(jié)構(gòu)示意圖(主視圖)。
圖2.本發(fā)明拋體運動演示儀的結(jié)構(gòu)示意圖(俯視圖)。
附圖中各圖例標記分別表示如下的意思1.支架；2.水箱；3.開關(guān)；4.出水管；5.角度刻度線；6.噴頭；7.角度調(diào)節(jié)器；8.垂直距離刻度線；9.面板；10.接水槽；11.水平儀；12.底板；13.底板水平調(diào)節(jié)螺釘；14.排水管；15.水平距離刻度線。
具體實施例方式
結(jié)合實施例和圖1、圖2的結(jié)構(gòu)對本發(fā)明作進一步的敘述本實施例是一件教師課堂演示教具，因取材容易，制作簡單，操作方便，也可作為學生的課程實驗。具體制作步驟如下1.支架 用3毫米金屬絲作成門形框架固定在面板上。
2.水箱 用現(xiàn)成的塑料方盒，兩邊粘一耳座，耳座中孔套在支架兩邊立柱上，水平截面大一點，以保證一段時間內(nèi)水位下降而影響的水流壓力差忽略不計，從而不影響水流噴出的初速度。
3.開關(guān) 用鋼絲夾代替，套在出水管上，用來控制出水。
4.出水管 用乳膠管，上接水箱，下接噴頭。
5.噴頭 用醫(yī)用的大號針頭。
6.角度調(diào)節(jié)器 由元寶螺母和螺桿夾住噴頭，使噴頭可以在面板上轉(zhuǎn)動角度，角度可調(diào)節(jié)范圍為0度-90度。
7.面板 用35×30厘米有機玻璃做，垂直粘接固定在底板中線上，在面板上縱橫刻上刻度，(1cm×1cm)。
8.接水槽 用25×4×3厘米有機玻璃做成，置在面板前的底板上，接噴頭噴下的水流，水槽右側(cè)底部開有泄水孔接上排水管。
9.水平儀 用市售的水泡水平儀粘在底板上。
10.底板 用35×8×1厘米鐵板做成，為了增加穩(wěn)度，底板質(zhì)量大一些。
11.底板水平調(diào)節(jié)螺釘，在底板下面的三只底腳螺釘，其中前面左、右兩只用可調(diào)節(jié)螺釘做成，用其調(diào)節(jié)底板前后左右的水平。
12.排水管 用乳膠管做，連接接水槽的泄水孔。
按附圖所示結(jié)構(gòu)完成上述各另件的安裝后，即可按如下的方法、步驟進行實驗演示(a)演示平拋運動，先調(diào)整底板水平，在水箱里注入適量的水，可以帶點顏色在白色的面板襯托下可以增加可視效果。噴頭調(diào)成水平，水箱升到需要的高度。打開開關(guān)，水就以一定初速度噴出，形成一股細水流很直觀的呈現(xiàn)一條平拋曲線，由于水流較細，水箱水平截面較大，在一小段時間內(nèi)可以認為平拋初速度不變。觀察坐標刻度，找出下落高度和水平位移，通過計算，即可得到初速度的大小。在豎直方向找出相等時間內(nèi)的位移滿足1∶3∶5的關(guān)系，再在水平方向找出相應(yīng)的位移，可以發(fā)現(xiàn)滿足1∶1∶1的關(guān)系，說明水平方向的運動為勻速運動。
繼續(xù)在水箱下面墊上不同厚度的墊塊來提高水箱高度，即改變了平拋初速度，重復上述實驗。
(b)演示斜拋運動 調(diào)節(jié)噴頭與水平夾角，同時使噴頭出水口在同一高度，觀察水平射程隨拋射角的變化而變化，可以清楚觀察到拋射角45度時最大。
接下來再改變水箱高度(墊高水箱)，即改變了斜拋初速度，重復上述實驗，可以觀察到水平射程和射高跟初速度關(guān)系。
權(quán)利要求
1.一種利用噴射水流來實現(xiàn)的拋體運動演示儀，其特征在于它包括支架[1]、水箱[2]、開關(guān)[3]、出水管[4]、角度刻度線[5]、噴頭[6]、角度調(diào)節(jié)器[7]、垂直距離刻度線[8]、面板[9]、接水槽[10]、水平儀[11]、底板[12]、底板水平調(diào)節(jié)螺釘[13]、排水管[14]、水平距離刻度線[15]組成，其中支架[1]是金屬框架結(jié)構(gòu)，兩邊下端固定在面板[9]的背面；水箱[2]系一長方體水槽，它左右兩邊各有一個耳座，套在支架兩邊的立柱上并擱放在面板[9]的上面；開關(guān)[3]采用開即通、關(guān)即斷的快速反應(yīng)的球閥，安裝在出水管[4]上；出水管[4]采用乳膠管，接水箱[2]和噴頭[6]；噴頭[6]采用醫(yī)用的大號針頭；角度調(diào)節(jié)器[7]是一件金屬結(jié)構(gòu)的夾持器，夾緊噴頭[6]在面板[9]左上角的90度弧形槽內(nèi)調(diào)節(jié)角度；面板[9]用35×30厘米有機玻璃或木板制成，垂直固定在底板[12]的中心線上，面板[9]的正面有明顯的縱橫刻度顯示；接水槽[10]是一個25×4×3厘米的容器，安裝在面板[9]前面的底板[12]上，接水槽[10]右側(cè)底部的泄水孔接上排水管[14]；水平儀[11]采用市售的水泡水平儀粘在底板[12]上，底板[12]用35×8×1厘米鐵板做成，底板水平調(diào)節(jié)螺釘[13]安裝在底板[12]下面，左、右各一，用可調(diào)節(jié)螺釘做成；排水管[14]用乳膠管做。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋體運動演示儀，其特征在于所述的角度調(diào)節(jié)器[7]夾緊噴頭[6]在面板[9]左上角的90度弧形槽內(nèi)轉(zhuǎn)動并調(diào)節(jié)角度，角度可調(diào)節(jié)范圍為0°-90°。
3.一種對權(quán)利要求1所述拋體運動演示儀的演示方法，其特征在于它分平拋運動和斜拋運動兩步進行演示a.演示平拋運動先調(diào)整底板水平調(diào)節(jié)螺釘[13]，顯示水平儀[11]的水平基準并使底板[12]保持水平；在水箱[2]中注入適量帶點顏色的水；調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)器[7]使噴頭[6]成水平，打開開關(guān)[3]，經(jīng)出水管[4]和噴頭[6]以一定初速度噴出的一股細水流很直觀的呈現(xiàn)一條平拋曲線，由于水流較細，水箱[2]水平截面較大，在一小段時間內(nèi)可以認為平拋初速度不變，觀察坐標刻度，找出下落高度和水平位移，通過計算，即可得到初速度的大??；在豎直方向找出相等時間內(nèi)的位移滿足1∶3∶5的關(guān)系，再在水平方向找出相應(yīng)的位移，可以發(fā)現(xiàn)滿足1∶1∶1的關(guān)系，說明水平方向的運動為勻速運動；繼續(xù)在水箱[2]下面墊上不同厚度的墊塊來提升水箱[2]的高度以增加水流的壓力，即改變了平拋運動的初速度，重復上述實驗；b.演示斜拋運動在圓弧槽內(nèi)移動角度調(diào)節(jié)器[7]，調(diào)節(jié)噴頭[6]與水平夾角，噴頭[61的出水口保持在同一高度，觀察水平射程隨拋射角的變化而變化，可以清楚觀察到拋射角45度時水平射程最大，同時改變水箱[2]高度，即改變了斜拋運動初速度，重復上述實驗，可以觀察到水平射程和射高跟初速度關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種中學物理關(guān)于拋體運動規(guī)律的演示儀器。原來是采用多次拋出小球以連接軌跡點的方法，操作麻煩，學生無法直觀地觀察到形象曲線，而且誤差較大，更沒有一種可同時演示平拋運動和斜拋運動這兩個實驗的。設(shè)計一種多用途拋體運動演示儀是本發(fā)明的目的所在。本發(fā)明的技術(shù)方案采用水流來作為運動物體，一種拋體運動演示儀，其特征在于它主要包括支架、水箱、開關(guān)、出水管、噴頭、角度調(diào)節(jié)器、面板、接水槽、水平儀、底板、底板水平調(diào)節(jié)螺釘、排水管組成。通過演示能比較形象、直觀且正確說明平拋和斜拋運動的規(guī)律。實驗效果顯著，可以作為學生課程實驗推廣使用。本發(fā)明還有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可視性強等優(yōu)點。
文檔編號G09B23/08GK1776770SQ200510111108
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者陸林元, 姚成興 申請人:上海市嘉定區(qū)第二中學