改進的物理實驗用測速裝置

■秦 朗

物理實驗是對理論物理進行實驗和檢測的一種方式,物體速度測試裝置也是很多物理實驗必備的道具。現有的物理速度測試裝置,只能對物體的平均速度或瞬時速度進行分開測算,且測速的變量不能進行調整,無法進行對比實驗,另外測速時裝置也不夠穩定,降低了實驗數據的準確性。

一、組成及安裝

改進后的測速裝置如圖1所示,裝置拆分結構如圖2所示。圖中:1.底座;2.吸盤;3.擋板;4.刻度;5.電動伸縮桿;6.安裝塊;7.轉軸;8.連接塊;9.支撐板;10.測量板;11.鉸鏈;12.活動槽;13.活動桿;14.卡釘;15.安裝板;16.激光測速裝置;17.秒表;18.卡孔。

圖1

圖2

在裝置拆分結構中:(1)擋板3的右面與測量板10左端存在一定距離差,且測量板10與擋板3的水平中心線重疊。(2)連接塊8關于支撐板9水平中心線對稱分布,且連接塊8外側與安裝塊6外側存在一定距離差。(3)測量板10為內部帶凹槽結構,且測量板10與安裝板15的垂直中心線重疊。(4)安裝板15左端固定連接有兩個激光測速裝置16,激光測速裝置16采用了ZLS-C50傳感器系統。(6)安裝板15右端連接有可拆卸秒表17。

二、工作原理

首先通過電動伸縮桿5控制安裝塊6、轉軸7、連接塊8和支撐板9一端升起,由支撐板9帶起測量板10進行提升,因為測量板10通過鉸鏈11和底座1活動連接,所以測量板10與底座1之間會產生一個可變化的角度,根據擋板3上端的刻度4確定測量板10的位置,角度的變化,可以進行多組數據的測量。測量板10一端提升至一定位置后,通過卡釘14在卡孔18中的位置移動活動桿13,使安裝板15的位置發生改變,從而使安裝板15不影響測量板10上端的物體正常測速。接著將吸盤2與桌面吸合,使整體保持平穩狀態,接著將物體放置在測量板10內部的凹槽內部,打開秒表17的同時松開物體,當物體落在測量板10底端時,再按下秒表17,根據測量板10和秒表17顯示的數據即可計算平均速度,同時物體運動過程中,安裝板15上的激光測速裝置16可以測出物體的瞬時速度,若要進行對比試驗,則調整電動伸縮桿5的位置和活動桿13的位置,繼續測量即可。

三、改進點

1.裝置穩定性提高。

吸盤2在底座1下端等間距分布有四組,且吸盤2下端與安裝板15下端存在一定距離差,吸盤2可以使底座1與桌面完全吸合,使底座1穩定地固定在桌面上,從而使物體測速時不會產生晃動。

2.可以進行多組數據測量。

測量板10在電動伸縮桿5的作用下可以進行多角度調整,形成多組測量條件,可以得到多組實驗對比數據。

3.實驗誤差減小。

激光測速裝置16采用了ZLS-C50傳感器系統,是通過觀察穿過光柵的移動物體來實現測速的,測速精度高,兩個傳感器同時工作,能夠得到同一物理條件下的精確瞬時速度。同時,測量板10為內部帶凹槽結構,可以防止物體在運動時發生偏移。