初中力學實驗盒的製作方法
2023-10-06 14:22:19 2
專利名稱：初中力學實驗盒的製作方法
技術領域：
本實用新型提供了一種初中力學實驗盒，該實驗盒屬於教學儀器，為一種隨堂實驗儀器，可供教師和學生個人使用。該實驗盒基本上能夠完成九年義務教育初中物理教學大綱中要求的力學部分演示實驗和部分學生實驗。
觀察、實驗是研究物理的基本方法，初中物理教學要以觀察實驗為基礎，它對培養學生的觀察和實驗能力，實事求是的科學態度、引起學生興趣都有著重要的作用，通過觀察和實驗能夠使學生對物理事實獲得具體的明確的認識，這種認識是理解物理概念和規律的必要的基礎。演示實驗和學生實驗正是提供了學生觀察與實驗的條件，但演示實驗和學生實驗受到時間與空間的限制，由於演示儀器、教室、人員等諸多因素的影響，課堂上不可能每個學生都能清楚地觀察演示現象，學生實驗由於經費、時間的關係，學生也不可能充分理解每個實驗。
現有的初中物理演示和實驗設備由於未經專門設計，許多部件體積、重量都較大，攜帶不便，且功能單一，無法完成初中生所應動手做的許多實驗，其不足之處是顯爾易見的。
為了彌補以上兩類實驗的不足，我們設計了這套初中力學實驗盒，它將作為隨堂實驗供每個學生個人使用，教師在前面進行演示實驗，學生在觀察同時親自動手操作，如果課上沒完成可以在課後進行實驗並達到完全理解。初中力學實驗盒作為演示實驗和學生實驗的補充實驗儀器將起著不可替代的作用，為學生提供了動手、動腦的方便條件。
九年義務教育初中物理教學大綱中要求的力學部分共有20多個實驗。到目前為止，這些實驗還是用多種元件分別進行演示。這樣，總的來說，欲完成所有這些實驗，需用大量的部件，尚未發現有能夠完成所有這些實驗的成套教具。
初中力學實驗盒基本包括了九年義務教育全日制初中物理教學大綱中力學的演示實驗和部分學生實驗。由於包括的實驗多，為降低成本，減少元件數量，採取組合形式的裝置，在不影響實驗效果的前提下儘量一件多用。整套儀器大多採用插接組合方式，各元件有數字標示並定位包裝，以便學生尋找、組裝、操作及整理。
初中力學實驗盒能夠完成九年義務教育初中物理教學大綱中力學部分的20多個實驗。所設計的幾種使用率較高的元件如下1.小車(
圖1)該小車設計的是上面為平面，這樣將小車翻過來時可作摩擦實驗，翻過來的小車車箱用於嵌放砝碼塊，許多實驗都可用小車來完成；如用擺動的小球碰撞小車演示運動的物體能作功；用重物經定滑輪拉小車運動演示舉高的物體能做功；用彎曲的彈簧片彈小車演示彈性形變的物體能做功等。
2.多用端頭(圖2)多用端頭共有三個插接端，它與支杆配合能夠完成很多實驗。其中短端用於放天平橫梁，位於一條直線上的兩端插上定滑輪可做二力平衡實驗，而其中任一端可作槓桿的支點，掛上吊環可用於懸掛定滑輪、動滑輪、滑輪組，單擺等懸掛物，支杆上還可插接一個小支杆，以增加懸掛調試。多用端頭與支杆或小支杆能緊密配合以防轉動。
3.大桶與小桶(圖3)大桶用途較多，許多實驗都能通過它來完成。大桶桶壁一側開有一個大孔，另一側有上下兩個小孔，桶沿開有溢水小嘴，這樣，當將小孔塞緊時，將薄膜套在大孔嘴上，桶中盛滿水即能演示液體對器壁的壓強；而將大孔塞緊時，由兩個小孔的噴水距離演示液體內部的壓強隨深度的增加而增大。小桶中裝滿水蓋上一張紙片，經過操作演示大氣壓強的存在。大桶、小桶、重物及彈簧測力計結合可演示浸入液體中的物體受到浮力、阿基米德原理、物體的浮沉條件。
4.橫梁(圖4)(1)橫梁可作為天平橫梁做天平實驗，其上有調平螺母及遊碼，有掛託盤的孔，遊碼可在橫梁的中部左右移動。
(2)橫梁可作槓桿用，研究槓桿的平衡條件。
5.滑輪與滑輪架(圖5)將滑輪與滑輪架安裝在一起插接到多用端頭上，能完成二力平衡條件的實驗；滑輪及滑輪架與其它元件組合除能完成動滑輪，定滑輪及滑輪組實驗，還可完成麥克斯韋滾擺的實驗。
6.砝碼塊及砝碼託(圖6)砝碼塊分別由鐵和鋁製成，這樣砝碼塊除可作為砝碼使用之外，還能夠通過質量與外形的比較體會相同體積不同物質的質量不等、相同質量不同物質的體積不等，同種物質的質量和體積成正比。砝碼塊與砝碼託組合可作為重物使用。
7.彈簧測力計(圖7)彈簧測力計採用透明圓筒外殼，學生即可清楚看到內部結構又可通過操作掌握使用方法。實驗盒外面有標尺，用彈簧測力計沿標尺方向水平拉動小車，體會水平拉動物體做功。實驗盒豎起時，用彈簧測力計豎直拉起重物，根據標尺及彈簧測力計示數體會豎直拉動物體做功。另外用兩個彈簧測力計及皮筋即能完成同一直線上同方向二力的合成與反方向二力的合成的實驗。
8.支杆和小支杆(圖8)支杆作為主要元件與多用端頭配合，可構成天平，此時其下端凹槽與天平標尺配合。小支杆與支杆配合從而完成各種滑輪試驗和單擺試驗。
9.底座(圖9)底座的表面有一小孔與支杆配合從而完成天平和滑輪試驗。其側面有一標尺，從而完成功等實驗。
10.其它(
圖10，11，12)其它元件包括託盤、S型掛鈎、滾擺配件、重錘、重物、大小膠塞、遊碼、插杆、標尺、小桌、小球、海綿塊、彈簧片、指針等。
本實用新型的初中力學實驗盒所能完成的實驗如下1.天平的構造和使用2.相同體積不同物質的質量不等相同質量不同物質的體積不等同種物質的質量和體積成正比3.對物體的推、拉、提、壓等作用，力改變物體的運動狀態力引起物體形變4.重垂線5.彈簧測力計的構造和使用方法6.力的作用點不同，效果不同力的方向性7.同方向二力的合成反方向二力的合成8.二力平衡的條件9.滑動摩擦力跟壓力和表面狀況有關係滾動摩擦比滑動摩擦小增大和減小摩擦的方法10.物體的慣性11.固體的壓強跟受力面積有關12.液體對器底和器壁的壓強液體內部的壓強隨深度的增加而增大13.連通器14.大氣壓強的存在15.浸入液體中的物體受到浮力16.阿基米德原理17.物體的浮沉條件18.豎直提起物體做功水平拉動物體做功19.槓桿的平衡條件20.定滑輪、動滑輪、滑輪組21.運動物體能作功、舉高的物體、彈性形變的物體能做功22.單擺、麥克斯韋滾擺
圖1至
圖12示出了本實用新型的初中力學實驗盒的組成元件。
圖13示出了天平的構造和使用方法。
圖14示出了彈簧測力計的構造和使用方法。
圖15示出了力的作用點不同，效果不同；力的方向不同，效果也不同。
圖16示出了同方向二力的合成。
圖17示出了反方向二力的合成。
圖18示出了二力平衡的條件。
圖19示出了滑動摩擦力跟壓力和表面狀況有關。
圖20示出了液體對器底和器壁的壓強及壓強隨深度的增加而增大。
圖21示出了聯通器。
圖22示出了大氣壓強的存在。
圖23示出了浸入液體中的物體受到浮力作用。
圖24示出了阿基米德原理。
圖25示出了物體的浮沉條件。
圖26示出了水平拉動物體做功。
圖27示出了豎直提起物體做功。
圖28示出了槓桿的平衡條件。
圖29示出了定滑輪。
圖30示出了動滑輪。
圖31示出了滑輪組。
圖32示出了運動的物體能做功。
圖33示出了舉高的物體能做功。
圖34示出了彈性形變的物體能做功。
圖35示出了單擺。
圖36示出了麥克斯韋滾擺。
在各附圖中，1為小車，2為多用端頭，3為支杆，4為小支杆，5為標尺，6為彈簧測力計，7為橫梁(帶調平螺母和絲杆)，8為遊碼，9為託盤，10為大桶，11為大膠塞，12為小膠塞，13為薄膜，14為小桶，15為重物，16為塑料管，17為砝碼塊，18為砝碼託，19為滑輪，20為滑輪架，21為滾擺配件，22為粗糙布塊，23為S型掛鈎，24為小球及帶鉤長細線，25為皮筋，26為海綿塊，27為重錘及線，28為指針，29為彈簧片，30為兩端帶掛鈎的細繩，31為插杆，32為底座(底座表面上有孔與支杆配合，且其一側帶有刻度尺)，33為紙片，34為刻度尺，35為小桌。
工作原理及使用方法1.天平的構造和使用方法組成元件支杆3、杆尺5、多用端頭6、橫梁7、遊碼8、2個託盤9、指針28、砝碼塊17、底座32。
使用方法將上述元件找出，按
圖13所示進行組裝，調節兩邊的調平螺母，使天平平衡、然後在左邊託盤中放上重物，在右邊託盤加上適量砝碼塊，並調節遊碼使天平重新平衡，由此讀出重物的質量。使用天平時，注意體會調平螺母和遊碼的作用。
2.相同體積不同物質的質量不等相同質量不同物質的體積不等同種物質的質量和體積成正比元件砝碼塊17方法砝碼塊由兩種物質製成，仔細觀察砝碼塊的大小和質量，體會上述結論。
3.對物體的推、拉、提、壓等作用力改變物體的運動狀態、力引起物體形變元件小車1、海綿塊26、皮筋25、彈簧片29。
方法如
圖15，推小車運動，拉小車運動，提起小車，用手壓海綿塊等，理解力是一個物體對另一個物體的作用；用手推靜止的小車使其運動，用手阻擋運動的小車使其停下來等體會力改變物體的運動狀態；用手壓海綿塊、拉皮筋、彎曲彈簧片等體會力引起物體形變。
4.重垂線元件帶線的重錘27。
方法手拿繩子一端觀察重錘方向，體會重垂線作用，並用此重錘檢查桌子腿是否垂直。
5.彈簧測力計的構造和使用方法元件彈簧測力計2、重物15。
方法如
圖14，仔細觀察彈簧測力計，看它都是由什麼構成的，用手拉彈簧測力計時，用的力大小與彈簧測力計的示值有什麼關係，彈簧測力計沒有測力時，指針未指到零點怎麼辦？(調節調零螺絲，使指針指到零點。)6.力的作用點不同，效果不同；力的方向性元件小車1。
方法將小車豎直立起，用手推車身的不同部位(如
圖15)觀察小車如何運動；用不同方向的力推小車時，觀察小車運動情況。
7.(1)同方向二力的合成(2)反方向二力的合成元件2個彈簧測力計2，皮筋25。
方法(1)如
圖16，將皮筋套在盒子的一個固定點處，用兩個彈簧測力計同方向同時將皮筋拉長到某一位置A處，記下此時兩個彈簧測力計的示值F1和F2，然後用一個測力計將皮筋再拉伸到位置A處，記下該測力計的示值F3，比較F3與F1和F2之間的關係。
(2)如
圖17，用一個測力計將皮筋拉伸到位置C處，然後將另一個測力計的拉鉤掛在前一個測力計的拉鉤上，並以相反的方向拉測力計，此時皮筋被拉伸到位置B處，記下兩個測力計的示值F1和F2，然後用一個測力計將皮筋再拉伸到位置B處，此時測力計示值為F3，比較F3與F1和F2之間的關係。
8.二力平衡的條件元件多用端頭6，2個滑輪19，2個滑輪架20，砝碼塊17，兩個砝碼託18，兩端帶掛鈎的細繩30，支杆3，底座32。
方法在
圖18中，多用端頭插到支杆上端，將滑輪和滑輪架組裝在一起，然後將滑輪架的直杆分別插到多用端頭在同一直線上的兩個端孔內，細繩兩端掛上砝碼託繞在滑輪上，當兩端放上相同與不同砝碼塊時觀察現象。
9.(1)滑動摩擦力跟壓力和表面狀況有關(2)滾動摩擦比滑動摩擦小元件小車1、彈簧測力計2、粗糙布塊22，砝碼塊17，皮筋25方法(1)如
圖19，將小車翻過來，彈簧測力計鉤在小車一端，當在車箱內放不同質量的砝碼塊，拉動小車讀取彈簧測力計的示值，將粗糙布包在車箱的平面上用皮筋套緊，重複上述實驗，讀取彈簧測力計的示值，比較實驗結果。
(2)如
圖19，小車車輪在下面和小車車箱平面在下面時，當放上相同質量的砝碼塊拉小車時，讀取彈簧測力計的示值，比較滾動摩擦與滑動摩擦的大小。
10.物體的慣性元件砝碼塊17、小車1、紙片33方法將紙片壓在疊於一起的幾個砝碼塊之間，當迅速抽去紙片時，觀察現象；將砝碼塊放上小車上，當迅速推小車運動和用手擋住運動的車箱時觀察砝碼塊的運動情況。
11.固體的壓強跟受力面積有關元件海綿塊26、小桌35方法將小桌立於海綿塊上，桌面上放幾個砝碼塊和將小桌翻過來，放上同樣的砝碼塊觀察兩次實驗現象。
12.(1)液體對器底和器壁的壓強(2)液體內部的壓強隨深度的增加而增大元件大桶10、大膠塞11、兩個小膠塞12、薄膜13、皮筋25方法如圖20，(1)大桶上的兩個小孔套上小膠塞，然後將薄膜蓋在大孔上用皮筋套緊，當大桶中注滿水時，觀察現象；將大孔用大膠塞塞緊，將薄膜蓋在大桶上用皮筋套緊，然後將桶倒過來，撥掉上面小孔上的小膠塞，觀察現象。另將大桶的大孔以薄膜蓋上並用皮筋套緊，將小孔以膠塞蓋上，桶中注滿水，觀察現象。
(2)將大桶上的大孔用大膠塞塞緊。當桶中注滿水時，觀察從兩個小孔中噴出水的距離。
13.連通器元件塑料管16、大桶10、大膠塞11、兩個小膠塞12。
方法如圖21，將大桶上的大孔及上面的小孔用膠塞塞緊，將細塑料管一端套在下面的小孔上，並且將另一埠朝上，當桶中注入水後，上下移動塑料管的上埠，觀察塑料管水位與桶中水位的關係；將大桶中的小孔用膠塞塞緊，將粗塑料管的一端套在大孔上重複上述過程，觀察現象。
14.大氣壓強的存在元件小桶14，紙片33方法如圖22，小桶中注滿水，蓋上紙片33，用手壓住，將桶倒過來，鬆開手後，觀察現象。
15.浸入液體中的物體受到浮力元件大桶10、大膠塞11、兩個小膠塞12、重物15、彈簧測力計2方法如圖23，用大、小膠塞將大桶中的孔塞緊，注入適量水，彈簧測力計掛上重物，讀出示值W1，將重物浸入水中，再讀取示值W2，比較W1和W2。
16.阿基米德原理元件大桶10、大膠塞11、小膠塞12、小桶14、重物15、彈簧測力計2方法如圖24，用大小膠塞塞緊大桶的大小孔，注滿水，小桶放在溢水口下，用彈簧測力計測量重物所受的力W1，然後將重物浸入水中，讀取此時彈簧測力計的示值W2，用彈簧測力計再測量小桶及水的重力W3，以及倒掉水後小桶的重力W4，比較W1－W2和W3－W4，總結規律。
17.物體的浮沉條件元件大桶10、小桶14、大膠塞11、小膠塞12、重物。
方法如圖25，用膠塞塞緊大桶的孔，注適量的水，將小桶放在水面上，觀察現象，然後將重物放在小桶內，觀察現象18.(1)豎直提起物體做功，(2)水平拉動物體做功元件彈簧測力計2、小車1、砝碼塊17、重物15、底座32方法(1)如圖26，將底座上有刻度尺34的一側正對操作者，小車放有幾個砝碼塊，用彈簧測力計沿刻度尺方向水平拉小車運動，記錄小車運動距離和彈簧測力計的示值，計算做功的大小，改變小車上砝碼塊的質量及小車運動的距離重複上述實驗。
(2)如圖27，將底座豎直立起，使刻度尺一側正對操作者，用彈簧測力計沿刻度尺寸方向將重物豎直提起，記錄彈簧測力計的示值和提起高度，計算做功的大小，改換不同的重物及改變提起高度重複上述實驗。
19.槓桿的平衡條件元件支杆3、多用端頭6、橫梁7、砝碼塊17、2個砝碼託18、彈簧測力計2、底座32。
方法如圖28，支杆插入底座上孔內，多用端頭套在支杆端上，橫梁中間的圓孔穿在多用端頭短的一端上，調節調平螺母使橫梁在水平位置平衡，在橫梁兩邊掛上有不同砝碼塊的砝碼託，調節砝碼塊，使橫梁在水平位置重新平衡，用直尺量取並記錄砝碼託的懸掛位置到橫梁中心的長度L1和L2，用彈簧測力計分別測量兩個砝碼託及其砝碼塊的整體重力W1和W2，比較W1×L1和W2×L2。
20.定滑輪、動滑輪、滑輪組元件支杆3、小支杆4、多用端頭6、彈簧測力計2、插杆31、2個滑輪19、兩個滑輪架20、重物15、兩端帶掛鈎的細繩30、底座32。
方法(1)定滑輪如圖29，將插杆插入多用端頭的一端，滑輪與滑輪架組裝在一起，滑輪架的鉤掛在插杆上，將細繩繞在滑輪上，繩一端掛上重物，另一端掛上彈簧測力計，觀察彈簧測力計拉繩的方向，並記錄彈簧測力計的示值F，然後用彈簧測力計，直接測量重物的重力W，比較F與W。
(2)動滑輪如圖30，將繩的一端掛在插杆上，繩繞過滑輪後另一端掛上彈簧測力計，滑輪下面鉤上重物，記錄彈簧測力計的讀數F，然後用彈簧測力計直接測量重物的重力W，比較F與W。
(3)滑輪組如圖31組裝後，讀取彈簧測力計的示值，然後用彈簧測力計直接測量重物的重力，比較兩次讀數。
21.(1)運動物體能做功(2)舉高的物體、彈性形變的物體能做功元件小車1、小球及帶鉤長細線24、滑輪19、滑輪架20、支杆3、小支杆4、多用端頭6、插杆31、砝碼塊17、砝碼託18、彈簧片29、底座32。
方法(1)如圖32，用擺動的小球碰撞小車，觀察現象(2)如圖33，帶鉤細繩跨過定滑輪一端拉小車，另一端掛砝碼系統，同時用鉛筆壓在A處以防小車吊起，當砝碼系統下落時，拉動小車運動。
如圖34，用彎曲的彈簧片輕彈小車，小車運動做功。
22.(1)單擺元件小球及帶鉤長細線24、支杆3、小支杆4、多用端頭6、插杆31、底座32。
方法如圖35，將長線一端系在插杆上，觀察小球的擺動(2)麥克斯韋滾擺元件滑輪19、滾擺配件21方法如圖36組裝後，用手拎線一端，鬆開繞線的滾擺，觀察現象。
當然，實際應用時，所涉及的初中力學實驗盒也可以只包括一些主要元件，而不包括一些隨處可得的部件。這些可使所述的實驗盒的體積和重量更小，使實驗盒更實用。
為便於攜帶，本力學實驗盒中的零件可定位裝入一盒中，從而構成力學實驗盒。
權利要求1.一種初中力學實驗盒，其特徵在於包括小車(1)，多用端頭(2)，大桶(10)，小桶(14)，橫梁(7)，滑輪(19)，滑輪架(20)，砝碼塊(17)，砝碼託(18)和彈簧測力計(6)，並且其組成元件定位裝於一便於攜帶的盒中。
2.一種如權利要求1所述的初中力學實驗盒，其特徵在於多用端頭包括兩個成一條直線的長端且埠有孔和與上述直線垂直的短端；大桶上同時開有大孔、小孔和溢水嘴；橫梁中間有用於自由取放遊碼的槽；滑輪架一端為鉤，另一端為直杆；砝碼塊分別用幾種材料製成；滑輪與滑輪架的組合、滑輪與滾擺配件的組合採用接線柱或蝶形螺母。
3.一種如權利要求1所述的初中力學實驗盒，其特徵在於還包括小車(1)，多用端頭(2)，6支杆(3)，小支杆(4)，標尺(5)，彈簧測力計(6)，帶有調平螺母和絲杆的橫梁(7)，遊碼(8)，託盤(9)，大桶(10)，大膠塞(11)，小膠塞(12)，薄膜(13)，小桶(14)，重物(15)，塑料管(16)，砝碼塊(17)，砝碼託(18)，滑輪(19)，滑輪架(20)，滾擺配件(21)，粗糙布塊(22)，S型掛鈎(23)，小球(24)，帶鉤長細線(24)，皮筋(25)，海綿塊(26)，重錘及線(27)，指針(28)，彈簧片(29)，兩端帶掛鈎的細繩(30)，插杆(31)，底座(32)，紙片(33)，刻度尺(34)，小桌(35)。
4.一種如權利要求1或2所述的初中力學實驗盒，其特徵在於各元件上面有相應的標號。
專利摘要一種初中力學實驗盒，包括盒體、多用端頭、小車、大桶、小桶、橫梁、滑輪與滑輪架、砝碼塊和砝碼託和彈簧測力計等部件，其中多種元件能夠做到一物多用，使用時可將各種元件通過插接等方式組合起來。所述的初中力學實驗盒能夠完成九年義務教育初中物理教學大綱中所要求的力學部分演示實驗和部分學生實驗。
文檔編號G09B23/08GK2173980SQ9321934
公開日1994年8月10日 申請日期1993年7月24日 優先權日1993年7月24日
發明者黨建偉, 顧敏, 馮立 申請人:國家教育委員會教學儀器研究所