[发明专利]一种验证质点系动能定理的实验装置

说明书

本发明提供了一种验证质点系动能定理的实验装置，涉及教学实验技术领域，其包括固定于水平调节支架上的气垫导轨，气垫导轨通过管道连接于气泵上，气垫导轨上固定有水平仪，沿气垫导轨长度方向间隔设置有第一光电门和第二光电门，气垫导轨上设置有滑块组件。通过简单的组装、变换验证在只存在外力做功、只存在内力做功、同时存在外力和内力做功、不存在力做功，以及外力作用分为外力做正功和外力做负功两种情况和内力作用分为内力做正功和内力做负功两种情况下的质点系动能定理，解决了现有技术中的大学课堂缺少验证质点系动能定理的实验仪器导致学生学习效率和学习质量低下的问题。

技术领域

本发明涉及教学实验技术领域，特别是涉及一种验证质点系动能定理的实验装置。

背景技术

大学物理实验是大学物理重要组成部分,就运动学、动力学、功能关系等部分开展的主要实验中利用气泵装置已经开设的实验有牛顿第二定律的验证、验证动量守恒定律、重力加速度的测量等。然而就功能关系中质点系动能定理的研究则涉及较少。质点系动能定理问题常涉及到质点系内变力做直线、曲线运动做功等复杂问题，因作用过程复杂，如爆炸、碰撞等问题，导致学生对知识点的理解存在较大的困难，因此，设计一种验证质点系动能定理的实验装置来提高教学效率和质量显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种验证质点系动能定理的实验装置，解决了现有技术中的大学课堂缺少验证质点系动能定理的实验仪器导致学生学习效率和学习质量低下的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种验证质点系动能定理的实验装置，其包括固定于水平调节支架上的气垫导轨，气垫导轨通过管道连接于气泵上，气垫导轨上固定有水平仪，沿气垫导轨长度方向间隔设置有第一光电门和第二光电门，气垫导轨上设置有滑块组件。

进一步地，滑块组件为放置于气垫导轨上的长滑块，长滑块位于第一光电门与第二光电门的外侧，长滑块上固定有挡光片。通过打开气泵使长滑块悬浮于气垫导轨上，给长滑块一个初速度，观察长滑块分别到达第一光电门和第二光电门时的初末速度大小，能够在实验前检验装置的合理性。

进一步地，滑块组件包括放置于气垫导轨上的第一短滑块和第二短滑块，弹簧的一端固定于第二短滑块上，弹簧的另一端抵接于第一短滑块上，第一短滑块和第二短滑块的顶端可拆卸连接有使弹簧压缩的连接线，第一短滑块和第二短滑块上均固定有挡光片，滑块组件位于第一光电门和第二光电门之间。通过本方案中的滑块组件能够在打开气泵时验证只存在内力做正功的情况下动能的变化。

连接线拉近第一短滑块和第二短滑块之间的距离使弹簧压缩，当拆除连接线后，弹簧恢复形变，弹簧的弹力充当内力做正功，第一短滑块和第二短滑块分别在弹力的作用下向相反方向运动，测出第一短滑块和第二短滑块分别到达第一光电门和第二光电门的速度，进而通过计算内力做功和动能的增量验证质点系动能定理。

进一步地，滑块组件包括放置于气垫导轨上的长滑块，长滑块的两端分别通过连接线和弹簧连接于气垫导轨的两端，弹簧穿过第一光电门和第二光电门，长滑块上固定有挡光片。通过本方案中的滑块组件能够在打开气泵的情况下验证只存在外力做正功的情况下动能的变化。

通过调节连接线的长度固定长滑块的位置并使弹簧拉伸，当去掉连接线后，在弹簧的弹力作用下长滑块向弹簧所在的一端移动，通过第一光电门和第二光电门测出长滑块通过时的速度，计算得出弹簧弹力做的功与长滑块的初末动能变化量来验证质点系动能定理。