自制全封闭轨道小车系统.pdf
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1、SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第7期自制教具自制全封闭轨道小车系统朱新培(江西兴国平川中学,江西赣州 342400)摘要:力学轨道小车是中学物理实验教学中常用的仪器,但传统的轨道是平板式的,当小车在平板上面滑行时存在问题,直接影响实验效果。有鉴于此,利用顶装式铝合金材质的窗帘轨道等材料,设计并制作全封闭悬挂式小车和相关控制机构,克服传统轨道小车的不足,既能减少实验误差,又能提高测量速度和加速度实验的效率。关键词:力学;轨道小车;封闭轨道;悬挂小车;测速度;加速度DOI:10.19935/ki.1004-2326.2023.07.026在中学物理实验教学中,力学轨道小车需
2、要与电磁打点计时器或电火花计时器配套使用,是供学生进行运动学和动力学分组实验的仪器,一般由轨道、小车、滑轮、小桶、捕获装置等组成。该力学轨道小车因其存在的固有问题影响教学效果,笔者在分析问题的基础上,利用顶装式铝合金材质的窗帘轨道等材料,设计并制作了一套全封闭轨道小车系统。1常规力学轨道小车存在的问题据笔者了解,常规力学轨道小车普遍存在着以下几个问题。(1)轨道的直线度和两轨间的平行度不够理想,导致小车运行时不稳定,容易偏移,甚至倾覆。(2)小车的车轮以及滑轮的摩擦力太大或摩擦不稳定。摩擦力太大,导致采用阻力补偿法平衡摩擦力时,轨道尾端要垫得很高才能平衡好摩擦力;摩擦不稳定,导致加速度不稳定,
3、直接影响到测量精度。(3)轨道的长度不符合要求。有的力学轨道长120 cm,当小桶落到地面后,后面纸带还会打出30 cm的无效点,既容易产生误差,又会造成浪费;有的力学轨道长80 cm,纸带的长度就不可能太长,排除纸带两端不准确的点后,纸带中间打点的有效长度不能满足实验需要,影响实验结果。(4)没有固定轨道的装置。力学轨道直接放在实验台上,若没有固定装置,则小车运动时不能保证轨道的稳固,这会给实验结果带来一定的误差;当小车到达轨道末端时,其对末端挡板产生的撞击会使整个仪器向前窜动,这也是实验过程中应该避免的现象1。2设计思路基于常规力学轨道小车存在的不足,笔者在设计时从以下3个方面进行改进。(
4、1)提高安全性和稳定性。笔者设计的全封闭轨道小车系统,可以让小车在完全封闭且非常平滑的轨道内运行,同时末端安装有缓冲海绵,便于控制小车,不会偏轨、不会掉落、摩擦力较小、运行稳定。(2)扩展轨道小车的功能,丰富测量手段。整合开发出利用打点计时器、光电门数字计时器、位移传感器及力传感器测量小车速度、加速度以及受力的方法。(3)提高实验操作的可控性、简便性和高效性。给前端支架、后端支架、铝合金轨道和小车车体都设计了方便安装、调试、操作,可扩展功能的构件,能有效提高实验效率、减少实验误差和丰富实验的测量手段,有利于培养学生的实验能力。3设计结构全封闭轨道小车系统的设计结构由以下 4 个部分构成。(1)
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