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用于研究阿基米德浮力定律的实验装置,助力教学实验器材技术发展

更新时间:2024-06-19 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

一种浮力定律装置的制作方法Qy4物理好资源网(原物理ok网)

本实用新型涉及一种实验装置,特别是一种研究阿基米德浮力定律的实验装置,属于教学实验设备技术领域。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

背景技术:Qy4物理好资源网(原物理ok网)

阿基米德原理是物理学中的一个力学基本原理,其原理是:浸在液体(或气体)中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开液体的重量。其公式可写为==ρ·g·。在初中物理教材中,浮力定律是教学的重点章节,也是教学的难点。大多数教师采用实验教学的方法浮力定律,引导学生观察浮力现象,逐步理解和掌握浮力定律的基本知识。正因为如此,与阿基米德原理相关的实验教具在中学物理教学中占有特殊的地位和作用。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

据申请人了解,目前市场上的阿基米德原理实验装置大多比较简陋,读数精度较差,导致实验结果误差较大。特别是在演示部分浸入水中的物体的浮力规律时,物体容易发生漂移、晃动,导致弹簧秤上下震荡​​,经常出现“溢流水体积不等于物体浸入部分体积”的异常现象,会严重影响实验演示的教学效果。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

技术实现要素:Qy4物理好资源网(原物理ok网)

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种结构简单、操作方便、能准确测量浮力规律的实验装置。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

为了解决上述技术问题,本实用新型提供了一种浮力定律装置,包括用于支撑导向的底座模块、升降模块、电子秤托盘组件和测量仪器;Qy4物理好资源网(原物理ok网)

底座模块包括置于底部的铁架,铁架的一侧垂直固定有型材轨道,另一侧安装有L型托盘,托盘的水平面与铁架平行,垂直面与型材轨道平行,型材轨道远离托盘的上侧嵌有齿条,齿条两端分别设置有限位块;Qy4物理好资源网(原物理ok网)

升降模块包括升降支架,升降支架上依次设有空腔和通槽,升降支架通过通槽安装在型材导轨上,组成齿轮齿条副;升降支架上设有高度调节机构,通过高度调节机构沿型材导轨上下移动;升降支架远离齿条的一侧安装有与铁架平行的架杆;Qy4物理好资源网(原物理ok网)

该测量仪包括悬挂在框架杆上的第一力传感器,第一力传感器的下方悬挂有置于溢流杯口上方的重物,溢流杯放置在托盘的水平面上,杯壁上的溢流口位于量杯的上方,量杯放置在电子秤托盘组件上。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

本实用新型进一步限定了如下技术特征:托盘两侧边缘设有向内折边浮力定律,托盘通过紧固件安装在铁架及型材导轨上。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

进一步地,所述高度调节机构包括安装在升降支架腔体内部的圆柱齿轮,圆柱齿轮的轴向穿过转轴,转轴两端穿过升降支架并对称固定有手轮,手轮、转轴和圆柱齿轮锁紧转动,以圆柱齿轮两端面为轴向定位。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

进一步的,升降支架靠近通槽的一侧对称开设有四组螺纹孔,螺纹孔内安装有用于调整升降支架与型材导轨配合间隙的尼龙顶丝。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

进一步的,所述电子秤托盘组件包括同轴固定的圆托盘、夹板及双通铜柱,三者通过螺栓连接固定为整体。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

进一步的,所述电子秤托盘组件通过双通铜柱与安装在托盘侧面的第二力传感器连接,实现电子秤功能。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

而且,砝码为圆柱形铝块,两端有较大的圆角,这减少了实验过程中水的表面张力对数据的影响。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

本实用新型的有益效果是:本实用新型原理简单,设计巧妙,采用力传感器采集获取信息数据,数据传输及时准确,同时采用升降模块,操作简便可靠,直观;重物采用特殊形状,避免液体表面张力的影响,实验结果更加准确;本实用新型实验装置根据教材开发,能快速引导学生深入理解和掌握“阿基米德原理”基础知识,符合国家教学方法。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

附图的简要说明Qy4物理好资源网(原物理ok网)

图1为本实用新型的结构示意图。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

图2为本实用新型底座模块的结构示意图。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

图3为本实用新型升降模块的结构示意图。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

图4为本实用新型电子秤托盘组件的结构示意图。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

图5为采用本实施例得到的实验结果示意图。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

浮力定律Qy4物理好资源网(原物理ok网)

图6是利用该实施例得到的实验结果的折线图。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

详细方法Qy4物理好资源网(原物理ok网)

示例 1Qy4物理好资源网(原物理ok网)

本实施例提供一种浮力定律装置,其结构如图1至图4所示,包括底座模块1、升降模块2、电子秤托盘组件3及附件。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

其中,底座模块是实验器的基础部件,起支撑、导向作用,如图2所示,包括铁架11、型材导轨12、机架13和托盘14。铁架置于底部,其一侧安装有型材导轨,并通过螺栓与型材导轨固定连接。型材导轨背面的上部嵌有机架,也通过螺栓固定连接。机架两端分别设有由圆柱螺钉和滑块组成的限位块,用于限位升降模块。托盘为L形钣金件,包括水平面和垂直面;其中,托盘的水平面与铁架平行,垂直面与型材导轨平行,两侧边缘有向内折边,通过紧固件安装在铁架和型材导轨上。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

升降模块由升降支架21、旋转轴23、两个手轮24、圆柱齿轮22、架杆25、尼龙顶丝组成。升降支架采用聚甲醛制成,耐磨、自润滑,设有开口、空腔和通槽。其中,通槽用于穿过型材导轨,组成齿轮齿条副。通槽前端为空腔,内用紧定螺钉固定圆柱齿轮,沿圆柱齿轮轴向穿过旋转轴。旋转轴两端穿过升降支架,对称固定手轮。手轮、旋转轴和圆柱齿轮锁紧旋转,以圆柱齿轮两端面为轴向定位。三者组成高度调节机构,使升降模块沿凹槽导轨移动。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

同时在升降支架靠近通槽的一侧对称开设有四个螺孔,并安装有尼龙顶丝,方便调整型材导轨之间的配合间隙,可以增大摩擦力,使实验装置吊上重物后,升降模块不会因重力作用而下滑。框架杆采用铝材制成,前段有外螺纹,安装在升降支架四个尼龙顶丝中间的螺纹孔内。实验时,力传感器固定在框架杆上。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

电子秤托盘组件在实验过程中代替力传感器的挂钩,起到电子秤的作用。它由同轴布置的圆托盘31、夹板32、双通铜柱33组成。三者通过螺钉34连接成一个整体。同时,圆托盘与夹板通过沿圆周均匀分布的三颗M4沉头螺钉35连接。另外,电子秤托盘组件通过双通铜柱与安装在托盘侧面的第二力传感器连接,实现电子秤功能。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

配件包括第一、二力传感器、量杯、溢流杯和砝码。第一力传感器悬挂在框架杆的下方,并通过其上的梅花螺钉固定。砝码悬挂在第一力传感器的下方,置于溢流杯口的上方。溢流杯置于托盘的水平面上,杯壁上的溢流口位于量杯的上方。量杯置于电子秤托盘组件上。量杯和溢流杯分别用于装水和溢水。砝码为两端有较大圆角的圆柱形铝块,以减少实验过程中水的表面张力对数据的影响。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

本实验器支持有线、无线两种数据采集方式,可手动调节升降平台,控制重物浸入水中的深度(体积),分别测量水的浮力和重力;也可配合申请人的专用软件使用。实验开始时,需先安装实验装置,并将力传感器安装到位;软件会自动计算水的浮力和重力进行分析。数据分别如图5、图6所示。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

除了上述实施例之外,本发明还可以有其他的实施方式,凡是通过等同替换或者等效变换而形成的技术方案,均落入本发明要求的保护范围。Qy4物理好资源网(原物理ok网)

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