一种动态可变抛物线的实验仪

摘要

本专利公开了一种动态可变抛物线的实验仪，主要由装水扁方盒、电动机、电源、台桌及手机构成，其特征是：电动机转轴固定一塑料转盘，装水扁方盒插入塑料转盘的槽中固定，一轻质直杆的一端垂直于装水扁方盒且固定在塑料转盘上，另一端固定手机；所述装水扁方盒为透明树脂板制成的顶部有孔的扁方盒，装水扁方盒的一个侧面刻有网格，在装水扁方盒中装入一定量水与少许染色煤油，用胶塞插入方盒孔使装水扁方盒密封；装水扁方盒与手机以相同角速度随电动机一起旋转，可以观察到对应转速下的装水扁方盒中的液面，探究抛物线方程。制造成本低、易制作、效果明显。

权利要求

1.一种动态可变抛物线的实验仪，主要由装水扁方盒、电动机、电源、台桌及手机构成，其特征是：电动机通过电动机固定套固定在绝缘的台桌的面板上，所述电动机固定套为铁板材料制成，电动机转轴固定一塑料转盘，所述塑料转盘为有过转轴的与装水扁方盒相匹配的槽，装水扁方盒插入塑料转盘的槽中固定，装水扁方盒的中心轴与电动机转轴在同一直线上；一轻质直杆的一端垂直于装水扁方盒且固定在塑料转盘上，另一端固定手机，确保装水扁方盒在手机摄像范围内，且所述手机与所述装水扁方盒以相同的角速度旋转；所述装水扁方盒为透明树脂板制成的顶部有孔的扁方盒，装水扁方盒的一个侧面刻有网格，装水扁方盒的两个侧面间距在1-3mm，在装水扁方盒中装入一定量水与少许染色煤油，用胶塞插入方盒孔使装水扁方盒密封；所述台桌的面板打有两个通孔用于带绝缘表皮的导线穿过，电动机与固定在台桌的面板上的电源通过带绝缘表皮的导线和变速开关连接；

采用所述装水扁方盒以缩短液体达到同一角速度旋转所需的时间。

说明书

一种动态可变抛物线的实验仪

技术领域

[0001] 本专利涉及演示一种动态可变抛物线的实验仪，属于大学数理实验仪器领域。

背景技术

[0002] 在大学物理课与高等数学课中经常用到旋转抛物线的概念，特别对初学力学课程的大学生，对旋转液体的液面为抛物面的证明是有一定难度的，理解困难，本专利发明人也在文献[1]中给出了系列研究，缺少相应的一些演示实验，现有技术主要用牛顿水桶实验来研究，由于液体的粘滞使旋转的液体达到同一角速度花的时间较长，观察也是比较困难，到目前没有对这一问题给出更好可信定性与定量演示实验，如何实现演示内容丰富，视觉效果明显，可信的演示实验仪器，本专利就要解决这个问题。本专利是在国家自然基金项目（项目号：11405092）、黑龙江省省属高等学校基本业务费科研项目（项目号：135209251）、黑龙江省高等学校教改与应用项目（项目号：SJGY20170385）及齐齐哈尔市科学技术项目（项目号：GYGG-201423）的支持下完成的（发明人阚宏泽为齐齐哈尔中学学生）。

[0003] 参考文献：

[0004] [1].梁法库. 开拓一道力学题[J]《大学物理》：1987年10期。

发明内容

[0005] 本专利是解决课堂或课下用的一种动态可变抛物线的实验仪，着重是通过装水扁方盒与手机在电动机驱动下以同一角速度旋转，实现动态可变抛物线的技术。

[0006] 本专利技术方案：一种动态可变抛物线的实验仪，主要由装水扁方盒、电动机、电源、台桌及手机构成，其特征是：电动机通过电动机固定套固定在绝缘的台桌的面板上，所述电动机固定套为铁板材料制成，电动机转轴固定一塑料转盘，所述塑料转盘为有过转轴的与装水扁方盒相匹配的槽，装水扁方盒插入塑料转盘的槽中固定，装水扁方盒的中心轴与电动机转轴在同一直线上；一轻质直杆的一端垂直于装水扁方盒且固定在塑料转盘上，另一端固定手机（至少具有具有照相、录像、声控与防抖动功能的智能手机），确保装水扁方盒在手机摄像范围内（手机正对装水扁方盒）；所述装水扁方盒为透明树脂板（透明塑料板）制成的顶部有孔的扁方盒，装水扁方盒的一个侧面（正对手机的一侧面）刻（印）有网格（图纸方格），在装水扁方盒中装入一定量水（为装水扁方盒的内空间1/4 1/2）与少许染色煤油~（在水面形成薄层是为了便于观察水的表面，也可以只用水，不加少许染色煤油），用胶塞插入方盒孔使装水扁方盒密封；

[0007] 所述台桌的面板打有两个通孔用于带绝缘表皮的导线穿过，电动机与固定在台桌的面板上的电源通过带绝缘表皮的导线和变速开关连接；

[0008] 演示时候，打开手机为录像或者拍照状态（也可以启用直播功能），调节装水扁方盒处在手机的摄像范围内，闭合变速开关，装水扁方盒与手机以相同角速度随电动机一起旋转，变速开关调节电动机转速，可以观察到对应转速下的装水扁方盒中的液面，通过摄取的液面图像读取数据，进行数据拟合、分析、探究抛物线方程。

[0009] 对于装水扁方盒中液体的液面为抛物线的证明：液面液体微元 受力分析，支持力 ，重力 ，建立水平径向为 轴正向，竖直向上为 轴正向

[0010] 列得方程

[0011]    

[0012] 联立得出

[0013] ，选择桶底为坐标原点，为抛物线顶点到桶底的距离。

[0014] 本专利与现有技术相比的有益之处在于：1.由于装水采用了扁方盒消除了以往旋转水桶中的液体主要靠粘滞力旋转的不足，可以缩短液体达到以同一角速度旋转所需的时间；2.采用摄像设备与被摄像的液体以相同的角速度旋转，取代的以往用频闪照相获取图像，也反映在手机上摄取的相对旋转液体静止的图像；3.在扁方盒侧面有作图网格，可以进行数据读取、拟合，得出旋转抛物线规律。是一很好的启发性强的演示实验仪器，构思巧妙，结构简单，易于实施，操作方便，视觉效果明显。

附图说明

[0015] 附图1为本专利结构示意图。其中：1.电动机，2.电机固定套，3.台桌，4.塑料转盘，5.装水扁方盒，6.电源，7.导线，8.手机,9.旋转液面，10.变速开关

具体实施方式

[0016] 如附图：一种动态可变抛物线的实验仪，主要由装水扁方盒5、电动机1、电源6、台桌3及手机8构成，其特征是：电动机1通过电动机固定套2固定在绝缘的台桌3的面板上，所述电动机固定套2为铁板材料制成，电动机1转轴固定一塑料转盘4，所述塑料转盘4为有过转轴的与装水扁方盒5相匹配的槽，装水扁方盒5插入塑料转盘4的槽中固定，装水扁方盒5的中心轴与电动机1转轴在同一直线上；一轻质直杆的一端垂直于装水扁方盒5且固定在塑料转盘4上，另一端固定手机8（具有照相、录像与声控功能等），确保装水扁方盒5在手机8摄像范围内（手机8正对装水扁方盒5）；所述装水扁方盒5为透明树脂板（透明塑料板）制成的顶部有孔的扁方盒，装水扁方盒5的一个侧面（正对手机8的一侧面）刻（印）有网格（图纸方格），装水扁方盒5的两个侧面间距在1 3mm，在装水扁方盒5中装入一定量水（为装水扁方盒~5的内空间1/4 1/2）与少许染色煤油（在水面形成薄层），用胶塞插入方盒孔使装水扁方盒5~
密封；

[0017] 所述台桌3的面板打有两个通孔用于带绝缘表皮的导线7穿过，电动机1与固定在台桌3的面板上的电源6通过带绝缘表皮的导线7和变速开关10连接；

[0018] 演示时候，打开手机8为录像或者拍照状态（也可以启用直播功能），调节装水扁方盒5处在手机8的摄像范围内，闭合变速开关10，装水扁方盒5与手机8以相同角速度随电动机1一起旋转，变速开关10调节电动机1转速，可以观察到对应转速下的装水扁方盒5中的液面9，通过摄取的液面图像读取数据，进行数据拟合、分析、探究抛物线方程。