1.本实用新型属于物理教学装置技术领域，具体涉及一种用于探究加速度与合力和质量关系的教学实验装置。


背景技术：

2.《牛顿第二运动定律》是高中所学的物理规律中最重要的物理规律之一。它的主要内容是：“物体的加速度大小与物体的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向总与合外力方向相同。”这个定律之所以重要，主要表现在它揭示了“运动”和“力”关系，告诉人们力在物体的运动过程中所拌演的角色和所起的作用，找到了自然界物体运动“多样性”的真正原因，进而为牛顿的“经典力学”理论的建立奠定了实验基础。但是，要通过实验采集数据，并进而较好地证明该定律的正确性无凝还是困难的。
3.在图1中所示的教学实验装置和在图2中所示的教学实验装置均为教育中以及教科书上常用的实验装置，但是这两种装置存在以下三个缺点：
4.(1)实验中平衡摩擦阻力困难。通过改变长木板或导轨倾斜度用沿斜轨方向的重力分力来抵消阻力，理论上讲是可行的，但通过在长期的教学实践中证明，不具有良好的可操作性。往往多次偿试，均不能获得满意的平衡效果。
5.(2)无法保证绳的张力和悬挂物重相等，只能f≈mg，这在原理上引起了系统误差，且当总质量m＞＞钩砝质量m时才能成立，直接影响是实验所描绘的加速度与合力图像在m偏大时不再是线性关系，这样无凝降低了《牛顿第二定律》理论的信度。
6.(3)长期教学实践证明，本实验按上述方案进行实验，费时耗力效率十分低下，按课标要求的一节课时间，无论如何都难以保证实验目标完全达成，起不到好的实验效果。


技术实现要素：

7.本实用新型目的在于提供一种用于探究加速度与合力和质量关系的教学实验装置，其能够更好的便于加速度与合外力和之间关系的教学实验，操作简单、方便，增加了实验结论的可信度。
8.本实用新型所采用的技术方案为：
9.一种用于探究加速度与合力和质量关系的教学实验装置，包括：
10.底座；
11.量角板，固定于所述底座的顶部；
12.斜轨，其一端通过转轴与所述量角板的圆心处连接，所述斜轨设有沿其长度方向分布的刻度线；
13.角度调节机构，连接在所述斜轨与量角板之间，并用于斜轨的角度调节；
14.移动块，与所述斜轨滑动连接，所述移动块的一侧设有配重物；
15.测力计，设于所述斜轨远离所述量角板的一端，用于移动块的合力测定；以及
16.计时装置，用于检测所述移动块在斜轨上移动的所用时间。
17.在优选的技术方案中，所述角度调节机构包括锁紧旋钮、螺纹连接轴和连接板；所述量角板设有与其同圆心的弧形通槽，所述连接板的一端与所述斜轨固定连接，所述连接板的另一端与所述螺纹连接轴一端固定连接，所述螺纹连接轴的另一端穿过所述弧形通槽并与所述锁紧旋钮螺纹连接。
18.在优选的技术方案中，所述计时装置包括数字计时器以及与数字计时器同时电连接的第一光电门和第二光电门；所述第一光电门设于所述斜轨的一端，所述第二光电门设于所述斜轨的另一端；所述移动块的顶部设于分别与第一光电门和第二光电门配合的遮光片。
19.在优选的技术方案中，所述斜轨包括设于所述量角板前侧和后侧的第一杆部和第二杆部，第一杆部和第二杆部的一端通过所述转轴连接，所述第一杆部和第二杆部的另一端固定连接；所述移动块滑动连接在量角板前侧的第一杆部上。
20.在优选的技术方案中，所述移动块通过滑轮与第一杆部顶部的滑轨滑动配合。
21.在优选的技术方案中，所述测力计为弹簧测力计。
22.在优选的技术方案中，所述移动块的一侧设有挂带，所述配重物挂设在该挂带上。
23.在优选的技术方案中，所述配重物包括钩砝码。
24.在优选的技术方案中，所述移动块通过挂钩与测力计连接。
25.在优选的技术方案中，所述数字计时器连接有电源。
26.本实用新型的有益效果为：
27.本实用新型与传统的实验装置相比，合力提供方式由研究对象之外的其他物件间接提供改为研究对象自身受力来直接提供，从而可避免用悬挂物重替代合外力而造成实验误差的产生。
28.而且，本实验装置省去了在实验前难于操作的繁琐的平衡摩擦阻力步骤，且总质量m＞＞钩砝质量m的条件也不再需要，增加了实验结论的可信度。
29.同时，实验需直接采集数据的物理量及步骤减少，采集难度降低，缩短了完成整个实验所需要的时间，更加省力、高效，也更加准确。
附图说明
30.图1是现有加速度教学实验装置的一种结构示意图；
31.图2是现有加速度教学实验装置的另一种结构示意图
32.图3是本实用新型的正视结构示意图；
33.图4是本实用新型的俯视结构示意图；
34.图5是本实用新型的后视结构示意图。
35.图中：1-底座；2-量角板；3-斜轨；31-第一杆部；32-第二杆部；4-第二光电门；5-遮光片；6-第一光电门；7-测力计；8-移动块；9-配重物；10-锁紧旋钮；11-弧形通槽；12-数字计时器；13-连接板。
具体实施方式
36.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描
述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
37.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
41.在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
42.下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。
43.结合图3-5所示，一种用于探究加速度与合力和质量关系的教学实验装置，包括：底座1、量角板2、斜轨3、角度调节机构、移动块8、测力计7和计时装置。
44.底座1；该底座1用于本实验装置的支撑和平衡。
45.量角板2，固定于所述底座1的顶部；量角板2为半圆形结构，其周向边缘设有角度线，这样便于斜轨3按照实验所需调节其角度。该量角器除了便于调节角度的作用，还起到安装和支撑斜轨3的作用。
46.斜轨3，其一端通过转轴与所述量角板2的圆心处连接，所述斜轨3设有沿其长度方向分布的刻度线；该斜轨3可通过转轴绕量角板2的圆心进行转动，从而实现其角度的调节。写规定上的刻度线便于记录实验所需的移动块8位移数据。
47.角度调节机构，连接在所述斜轨3与量角板2之间，并用于斜轨3的角度调节；该角度调节机构用于调节斜轨3的倾斜角度，以满足不同角度的实验需求，更加方便、实用。
48.移动块8，与所述斜轨3滑动连接，所述移动块8的一侧设有配重物9；移动块8可以在斜轨3的长度方向进行移动，而配重物9用于增减移动块8的质量，从而便于更好的进行实验。
49.测力计7，设于所述斜轨3远离所述量角板2的一端，用于移动块8的测力，该测力计
7的方向与斜轨3相平行，通过该测力计7可测出配有配重块的移动块8的合外力；以及
50.计时装置，用于检测所述移动块8在斜轨3上移动的所用时间。该计时装置在实验时用于检测移动块8从起点到终点的所用时间。
51.与传统的实验装置相比，本装置的合力提供方式由研究对象之外的其他物件间接提供改为研究对象自身受力来直接提供，从而可避免用悬挂物重替代合外力而造成实验误差的产生，即在移动块8上挂上配重物9后其合外力通过测力计7直接测出，这样也就不用再去平衡摩擦阻力，减少了实验步骤和实验时间，降低了实验难度，操作性更强。
52.如图3-5所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述角度调节机构包括锁紧旋钮10、螺纹连接轴和连接板13；所述量角板2设有与其同圆心的弧形通槽11，所述连接板13的一端与所述斜轨3固定连接，所述连接板13的另一端与所述螺纹连接轴一端固定连接，所述螺纹连接轴的另一端穿过所述弧形通槽11并与所述锁紧旋钮10螺纹连接。斜轨3优选为图4所示结构，连接板13和锁紧旋钮10分别位于量角板2的两侧，并分别与量角板2上的弧形通槽11构成限位关系，这样通过锁紧旋钮10和螺纹连接轴的相对转动，可使得锁紧旋钮10和连接板13进行夹紧，从而实现斜轨3在调节角度后的位置固定，而在需要调节角度时，只需要旋松锁紧旋钮10即可。
53.如图3所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述计时装置包括数字计时器12以及与数字计时器12同时电连接的第一光电门6和第二光电门4；所述第一光电门6设于所述斜轨3的一端，所述第二光电门4设于所述斜轨3的另一端；所述移动块8的顶部设于分别与第一光电门6和第二光电门4配合的遮光片5。在移动块8移动时，可通过其上的遮光片5配合两个光电门，在移动块8先后经过第一光电门6和第二光电门4时，数字计时器12可接受到两个光电门反馈的信号信息，并在其显示屏上显示移动块8从第一光电门6到第二光电门4的运动时间，实现自动计时，更加方便、准确。
54.如图4所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述斜轨3包括设于所述量角板2前侧和后侧的第一杆部31和第二杆部32，第一杆部31和第二杆部32的一端通过所述转轴连接，所述第一杆部31和第二杆部32的另一端固定连接；所述移动块8滑动连接在量角板2前侧的第一杆部31上。通过将斜轨3设置为两个杆部构成的斜轨3结构，这样能够使得整体结构在实验时更加稳定。第一杆部31位于量角板2的前侧，移动块8则滑动连接在第一杆部31上。第一光电门6和第二光电门4也设于第一杆部31上，但不做限制，只要使得第一光电门6和第二光电门4位于第一杆部31的上方的即可。
55.在本实用新型的一个优选实施例中，所述移动块8通过滑轮与第一杆部31顶部的滑轨滑动配合。移动块8优选为槽形结构，滑轮则转动设置在该移动块8的内侧，并通过滑轮第一杆部31滚动接触，这样能够使得摩擦阻力更小，而且在实验之前可通过润滑油使其摩擦阻力更低。
56.在本实用新型的一个优选实施例中，所述测力计7为弹簧测力计7。该弹簧测力计7固定在第一杆部31上，其测力方向与第一杆部31相平行。
57.如图3所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述移动块8的一侧设有挂带，所述配重物9挂设在该挂带上。
58.如图3所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述配重物9包括钩砝码。通过采用钩砝码进行配重，配重增减更加方便。
59.如图3所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述移动块8通过挂钩与测力计7连接。
60.在本实用新型的一个优选实施例中，所述数字计时器12连接有电源。
61.本实用新型的实验原理：
62.(1)研究对象运动过程中合外力的测定原理：将斜轨3倾角调整到合适的程度，再把置于斜轨3上的研究对象(移动块8和悬挂钩码)挂在弹簧测力计7的挂钩上，注意弹簧测力计7要与斜平行，并让弹簧测力计7指针处于“0”刻度处同时轻轻释放研究对象，静待弹簧测力计7指针指示数值趋于稳定后，记下此时弹簧测力计7的示数即为研究对象滑行过程中的合外力。
63.(2)运动对象运动过程中的加速度a的测定原理：保持斜轨3倾角和测定合外力时一样，让研究对象从光第一光电门6处由静止开始在原有的合外力作用下匀加速下滑至第二光电门4处，从斜轨3上的刻度尺上读出光电门距离数值，并从与光电门驳接的数字计时器12上读出运动时间值，由匀变速直线运动的位移公式可算出该运动过程中的加速度的值。
64.本实用新型具有以下优点：
65.(1)本实用新型较传统设计相比，合力提供方式由研究对象之外的其它物体间接提供改为研究对象自身受力来直接提供。从而可避免用悬挂物重替代合外力而造成系统误差的产生。
66.(2)本实用新型较传统设计相比，将动态过程中的合外力等效转换成静态测定(即化动为静的物理思想)，并为设计该实验时合外力提供和测量指明了新思路、新途径。
67.(3)本实用新型较传统设计相比，少了必要的限制条件，省去了在实验前做难于操作且繁琐的平衡摩擦阻力步骤。且m＞＞m的条件也不再需要，增加了实验结论的可信度。
68.(4)本实用新型较传统设计相比，从实验采集数据运算后拟合的a
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1/m图像线性关系要更加良好，更加具有说服力。
69.(5)由于移动块8质量固定和钩码规格完全相同，所以实验中需要多次重复采集的物理量很少，在探究加速度与合力之间关系时，保持总质量m保持一定，只需测量多组合力和运动时间即可。在探究加速度与质量之间关系时，保持合力一定，只需采集多组总质量和运动时间即可。
70.(6)实验数据采集难度得以降低可，40分钟时间内可以完成整个实验，实验变得更加省力、省心和高效，同时也更准确。
71.(7)本实用新型还可以方便采集斜轨上两光电门间距离、合力和斜轨倾角的有关数据，开展《动能定理》实验验证。
72.本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。