[其他]液点式自由落体直线运动抛体运动牛顿定律综合实验仪

说明书

本装置属于物理教学仪器，特别是属于中学物理教学仪器领域。

为了研究物体的运动规律，目前中学物理实验中采用电磁打点计时器，使小车尾部拖着的纸带穿过打点计时器，打点计时器振动片上的钉在纸带上等时地打上小点，通过研究点痕的位置可知小车的运动规律。这种实验装置由于存在着很大的摩擦力，对测量带来影响，误差太大。另外，也有采用闪光照相法，此法准确性高，可适用于直线及曲线运动，但仪器造价高，且实验手段麻烦，需对胶片进行显影定影处理，不能进行直观性实验。此外尚有电火花留迹显示法，仪器的造价也较高。有一种液点显示法，系将墨水通过注射器射至与电动机轴焊固的园形薄片上，薄片上开有小孔，当小孔的位置转至正对注射器针尖位置时，液体可以通过，从而射出一液点，落在被测的物体上，由于电动机系匀速转动，转速可以测知及调节，且转速很高，一秒钟能射出几十点液点，研究液点的位置即可知物体的运动规律。此法由于不与被测物体发生接触，没有摩擦产生，准确度高，且取材容易，制作简单。但此法目前仅能应用于测定作直线运动物体的运动规律，仪器的结构尚不能用于作抛体运动实验。

本设计的目的是提供一种液点计时器，使其能够进行包括抛体运动在内的多个力学实验。

其解决的方案是：将液点计时器制作成园筒形结构，并使液点能从园筒轴心位置上喷出，再利用抛出支架将筒体抛出，让筒体在作抛物运动过程中喷口始终正对竖直的板面喷液，留下抛物线点迹，起到与用闪光照相法研究抛体运动等效的作用。在做自由落体运动实验时，只需让筒体无初速地落下并保持喷口正对板面喷点，亦可起到与用闪光照相法研究自由落体运动等效的作用。在一般直线运动及验证牛顿第二定律实验时可将筒体放置在作直线运动的小车旁边对小车的侧面喷点计时即可。

液点的时间间隔取决于电动机的转速，测定的方法是：在电唱机转盘边缘贴上一圈白纸条，开动电唱机，用液点计时器对纸条喷点（喷一圈或小于一圈），根据液点点数，唱机转速，转盘转角即可算出液点的时间间隔，亦可采取其他公知的办法测定。

本设计的优点是：可以用普通纸来显示出物体运动的点迹，不需要作任何附加的处理手段，便于直观实验，不存在接触摩擦力。另一优点是：筒体可以兼作抛体动动，自由落体及一般直线运动实验使用，简化仪器制作。

附图描述了本设计的实施例。

附图1为园筒式液点计时器结构的示意图。在筒体内对称地装入两个结构相同的小型电动机M₁、M₂，两节相同的小电池E₁、E₂，中心装入注射器L，后部对称地装有两根同样的拉力弹簧F₁、F₂，导向板Q，及压杆P，两个电机转向相反，其中一个电动机M₁轴上焊有园形遮液薄片D，D上开有小孔（或缺口），当薄片上的小孔转至正对注射器针尖位置时，液点可以从园筒轴心射出，导向板为中间开有导向槽的铁块（或由其他材料做成）。两块结构一样，对称地装在筒内，当注射器装好墨水待喷时，压杆P靠被拉长了的弹簧F₁、F₂的拉力拉紧压在导向板导向槽口的侧面（如图2所示），此时注射器不喷液，当P在外力拨动下到达导向槽口位置时，即在弹簧的拉力作用下沿导向槽压迫注射器的推杆使注射器喷液，и为电源负极压板，K为电源开关，园筒前端套有一个中心开有园孔（喷液孔）的端盖，防止液体向外飞溅，盖的侧壁开有一小孔（排液孔）与园筒上被盖部侧壁开的小孔（排液孔）相配合，喷液时，由于两孔错开一定位置，被遮液片遮挡的废液不能漏出，喷点完毕，扭动端盖使两孔位置重合，即可将废液从孔排出。

液点计时器也可以装一个电动机及一个电池，但效果稍差。

参考资料：

①全日制中学物理课本（力学部份）

②《物理教师》（苏州大学主办）1984年第1期及1984年第5期。

③《物理教学》（中国物理学会主办）1983年第3期及第6期。