改进的物理实验用测速装置

■秦 朗

物理实验是对理论物理进行实验和检测的一种方式,物体速度测试装置也是很多物理实验必备的道具。现有的物理速度测试装置,只能对物体的平均速度或瞬时速度进行分开测算,且测速的变量不能进行调整,无法进行对比实验,另外测速时装置也不够稳定,降低了实验数据的准确性。

一、组成及安装

改进后的测速装置如图1所示,装置拆分结构如图2所示。图中:1.底座;2.吸盘;3.挡板;4.刻度;5.电动伸缩杆;6.安装块;7.转轴;8.连接块;9.支撑板;10.测量板;11.铰链;12.活动槽;13.活动杆;14.卡钉;15.安装板;16.激光测速装置;17.秒表;18.卡孔。

图1

图2

在装置拆分结构中:(1)挡板3的右面与测量板10左端存在一定距离差,且测量板10与挡板3的水平中心线重叠。(2)连接块8关于支撑板9水平中心线对称分布,且连接块8外侧与安装块6外侧存在一定距离差。(3)测量板10为内部带凹槽结构,且测量板10与安装板15的垂直中心线重叠。(4)安装板15左端固定连接有两个激光测速装置16,激光测速装置16采用了ZLS-C50传感器系统。(6)安装板15右端连接有可拆卸秒表17。

二、工作原理

首先通过电动伸缩杆5控制安装块6、转轴7、连接块8和支撑板9一端升起,由支撑板9带起测量板10进行提升,因为测量板10通过铰链11和底座1活动连接,所以测量板10与底座1之间会产生一个可变化的角度,根据挡板3上端的刻度4确定测量板10的位置,角度的变化,可以进行多组数据的测量。测量板10一端提升至一定位置后,通过卡钉14在卡孔18中的位置移动活动杆13,使安装板15的位置发生改变,从而使安装板15不影响测量板10上端的物体正常测速。接着将吸盘2与桌面吸合,使整体保持平稳状态,接着将物体放置在测量板10内部的凹槽内部,打开秒表17的同时松开物体,当物体落在测量板10底端时,再按下秒表17,根据测量板10和秒表17显示的数据即可计算平均速度,同时物体运动过程中,安装板15上的激光测速装置16可以测出物体的瞬时速度,若要进行对比试验,则调整电动伸缩杆5的位置和活动杆13的位置,继续测量即可。

三、改进点

1.装置稳定性提高。

吸盘2在底座1下端等间距分布有四组,且吸盘2下端与安装板15下端存在一定距离差,吸盘2可以使底座1与桌面完全吸合,使底座1稳定地固定在桌面上,从而使物体测速时不会产生晃动。

2.可以进行多组数据测量。

测量板10在电动伸缩杆5的作用下可以进行多角度调整,形成多组测量条件,可以得到多组实验对比数据。

3.实验误差减小。

激光测速装置16采用了ZLS-C50传感器系统,是通过观察穿过光栅的移动物体来实现测速的,测速精度高,两个传感器同时工作,能够得到同一物理条件下的精确瞬时速度。同时,测量板10为内部带凹槽结构,可以防止物体在运动时发生偏移。