勻變速直線運(yùn)動(dòng)演示器

文 湖北省應(yīng)城市第一高級(jí)中學(xué)高二（3）班 徐詩怡

一、制作背景

目前學(xué)校實(shí)驗(yàn)室多用交流電源（或?qū)W生電源）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鐵錘、紙帶等器材來驗(yàn)證勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，但打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下來的一系列點(diǎn)模糊不清，難以測量，不便于計(jì)算，給學(xué)生實(shí)驗(yàn)帶來較大困難，易造成較大的系統(tǒng)誤差。此外，實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的噪聲大，紙帶在實(shí)驗(yàn)室到處飛揚(yáng)，污染環(huán)境，鐵錘下落時(shí)又很容易損壞地板。

為提供一種節(jié)能減排的機(jī)械能守恒定律演示器，并能科學(xué)、定量地驗(yàn)證勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，讓學(xué)生既有濃厚的興趣又易接受，我發(fā)明了勻變速直線運(yùn)動(dòng)演示器。

二、制作過程及操作方式

勻變速直線運(yùn)動(dòng)演示器由底座、組合支架、粗、細(xì)圓筒、上方方鋁盒、中間方鋁盒、圓筒等部分組成（如圖1）。

圖1演示器主視、左視圖

1.將細(xì)圓筒套入粗圓筒，然后插入中間方鋁盒中，并將中間方鋁盒上、下的塑料旋轉(zhuǎn)套筒連接、旋轉(zhuǎn)、加固，再將粗圓筒底端旋轉(zhuǎn)入底座上的中心螺絲孔并旋緊，接著把圓筒與細(xì)線相連后放入套環(huán)里，電動(dòng)機(jī)軸桿與細(xì)軟筆連接并加固，最后安裝上方方鋁盒。

圖2演示器電路圖

2.在中間的方鋁盒內(nèi)安裝電池盒，將線路板、調(diào)速器、電阻、開關(guān)與電動(dòng)機(jī)連接。使用時(shí)先在細(xì)軟筆上涂上紅墨水，然后用細(xì)線將圓筒提起，再閉合電源開關(guān)K1和K2，使電動(dòng)機(jī)達(dá)到勻速轉(zhuǎn)動(dòng)（細(xì)軟筆也隨之勻速轉(zhuǎn)動(dòng)）時(shí)再松開細(xì)線，使圓筒自由下落，細(xì)軟筆就會(huì)在圓筒表面畫出若干條螺旋記號(hào)，并設(shè)AB間的距離為S1，BC間的距離為S2，CD間的距離為S3……若要改變轉(zhuǎn)速n的大小，可直接閉合K3，調(diào)節(jié)調(diào)速器即可。電路如圖2。

3.用刻度尺測出各連續(xù)相同時(shí)間t內(nèi)的位移分別為S1、S2、S3…… ；根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n求出細(xì)軟筆的轉(zhuǎn)動(dòng)周期T（不同的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不同，轉(zhuǎn)動(dòng)周期T不同）。

4.求出圓筒表面上任意兩個(gè)記號(hào)之間的動(dòng)能變化量ΔEk。

5.求出圓筒表面上相應(yīng)位移上重力勢能變化量ΔEp。

使用本發(fā)明進(jìn)行教學(xué)，不僅使用方便，可見度大，而且能定量驗(yàn)證勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。