目錄緒言2一、儀器簡介2二、實驗介紹31、研究平拋物體的運動32、斜拋物體的運動53、驗證機械能守恒定律54、完全非彈性碰撞55、完

廣州市捷星教學儀器有限公司坐落在具有“羊城”之稱的美麗的廣州。這是一家集研發(fā)，生產，銷售于一體的教學儀器公司，雄厚的技術力量、先進的生產工藝、精湛的檢測手段，使產品具有操作簡單、優(yōu)質耐用、性能穩(wěn)定、外觀精美、價格合理等優(yōu)點。公司產品銷往全國各地，以品種齊全、質量上乘、按時交貨和完善的售后服務贏得了用戶的一致好評，被眾多院校廣泛采用。

本公司主要經營的產品：中小學、高中常規(guī)教學儀器。其中包括小學數學、小學語文、小學科學、小學英語、小學美術、小學音樂、小學體育、中學數學、中學物理、中學生物、中學化學、中學音樂、中學美術、中學體育、高中數學、高中物理、高中化學、高中通用技術等科目教學儀器。

“立足創(chuàng)新、專注質量、誠信服務、真誠合作、超越自我，共同發(fā)展”是捷星人始終如一的追求，為客戶提供優(yōu)質的產品和服務是捷星永恒的方針，我們將不斷超越自我，一如既往地為客戶創(chuàng)造價值，奉行“進取、誠信、堅持、奉獻”的企業(yè)精神，服務教育事業(yè)，為科教興國助力。

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目 錄

緒言……………………………………………………………………………………………………2

一、儀器簡介…………………………………………………………………………………………2

二、實驗介紹…………………………………………………………………………………………3

1、研究平拋物體的運動…………………………………………………………………………3

2、斜拋物體的運動………………………………………………………………………………5

3、驗證機械能守恒定律…………………………………………………………………………5

4、完全非彈性碰撞………………………………………………………………………………5

5、完全彈性碰撞…………………………………………………………………………………6

6、驗證向心力公式………………………………………………………………………………8

7、簡諧振動（單擺）規(guī)律研究…………………………………………………………………10

8、簡諧振動的圖象………………………………………………………………………………11

9、自由落體運動…………………………………………………………………………………12

三、儀器使用注意事項………………………………………………………………………………13

四、儀器常見故障……………………………………………………………………………………13

五、附圖………………………………………………………………………………………………14

1、電原理圖………………………………………………………………………………………14

2、電路連接示意圖………………………………………………………………………………15

3、儀器主體結構圖………………………………………………………………………………16

4、發(fā)射槍組件……………………………………………………………………………………17

5、單擺組件………………………………………………………………………………………18

6、向心力組件……………………………………………………………………………………19

7、卷紙機…………………………………………………………………………………………20

8、基準尺、壓紙條、自由落體墜子、運動體…………………………………………………21

9、研究平拋物體的運動實驗裝配………………………………………………………………22

10、斜拋物體的運動實驗裝配……………………………………………………………………23

11、碰撞實驗裝配…………………………………………………………………………………24

12、驗證向心力公式實驗裝配……………………………………………………………………25

13、驗證向心力公式的描跡圖……………………………………………………………………26

14、簡諧振動（單擺）規(guī)律研究實驗裝配………………………………………………………27

15、簡諧振動規(guī)律研究（單擺）描跡圖…………………………………………………………28

16、簡諧振動的圖示實驗裝配……………………………………………………………………29

17、振動圖象描述圖………………………………………………………………………………30

18、自由落體運動實驗裝配………………………………………………………………………31

緒 言

在高中物理力學實驗中，記錄空間運動的時一空信息，研究物體運動的規(guī)律是一個難點，二維描跡儀很好地解決了這個問題，使很多“定性”的實驗變成的“定量”實驗。使學生利用儀器控制運動產生的條件，既觀察到二維運動的實際情況，又利用高壓微電流脈沖，將運動的“時一空”分布圖象記錄在普通白紙上，為學生從記錄中研究運動變化的細節(jié)，驗證運動變化規(guī)律，加深對運動的認識，提供了依據。

本儀器完成下列實驗：

1.研究平拋物體的運動；

2.斜拋物體的運動；

3.驗證機械能守恒定律；

4.完全非彈性碰撞；

5.完全彈性碰撞；

6.驗證向心力公式；

7.簡諧振支（單擺）規(guī)律研究；

8.簡諧振動的圖象；

9.自由落體運動。

一、儀器簡介

1.技術性能

一、電氣部分：

（1）點頻（打點頻率的簡稱）100Hz、50Hz、20Hz。相對誤差小于1%。

（2）高壓脈沖強度，能擊穿10mm空氣隙。

(3)點跡分大、小兩檔可調。當輸入電壓為50Hz、220V時：

大點跡時，1不大于5mA；小點跡時，1不大于3mA。

上述各平均電流值，是從用電安全出發(fā)的，但也不容許其下限低于上限的f/3，以保證點跡的清晰度。

（4）工作電源 AC50Hz 220V ±20v

（5）工作環(huán)境 溫度0℃-40℃

相對濕度不大于90%

一、機械部分

(1)面板共面差小于0.3mm

（2）發(fā)射槍導軌中心線與面板平等度誤差小于0.5mm

（3）面板尺寸（380mm×320mm）

2、電原理圖

儀器中的描跡電源的工作原理如圖1所示。

儀器中各部分的連接電路如圖2所示。

3、儀器結構

（一）、外形結構

二維描跡儀的主體為一箱體結構，如圖3所示的是其豎放時的外觀形態(tài)。

其箱框上裝有：1.發(fā)射槍電磁鐵的電源插孔；2.卷紙機的電源插座；3.向心力實驗用高壓插孔；4.描跡電源的輸出頻率調節(jié)開關；5.描跡電源輸出的點跡大小 調節(jié)開關。

底座上裝有：1.三個調平螺釘。用于調節(jié)儀器的水平。

2.一個開關，用于控制描跡電源的輸出；以及描跡電源的輸出與發(fā) 射槍電磁鐵的釋放，描跡電源的輸出與卷紙機的卷紙同步功能。

（二）、附件部分

附件主要有：（1）發(fā)射槍組件；（2）單擺組件；（3）向心力組件；（4）卷紙機構；

（5）基準尺；（6）壓紙條；（7）自由落體墜子；（8）運動體（拋體）；（9）塑性磁條；（10）水準儀。如圖4---圖8所示，具體功能將結合各個實驗介紹。

二、實驗介紹

注意：1.做各實驗之前，均應預先詳細了解實驗的操作方法。

2.盡量做到：在做各上實驗時，按下控制開關的同時，不要用手去觸碰儀器的金屬部件，以免麻手；

3.萬一不小心，被高壓電觸一下，也不要產生畏懼心理，因本儀器采用的是高電壓、微電流，對人體是安全的。

實驗1 研究平拋物體的運動

1.1實驗裝配

1.1.1儀器豎放，裝配如圖9所示，先揭開金屬網面板，將發(fā)射槍裝在箱體面板的左方，發(fā)射槍上電磁鐵的供電圓插頭，插于左側板上方的插孔（圖3.6）中。

1.1.2選好運動體并調節(jié)兩放電針的間距適當，將運動體放在發(fā)射槍的平直導軌上，（應調節(jié)好放電針距箱體面板和金屬網板的距離，均以2mm--3mm為好）。

1.1.3裝記錄紙：記錄紙裝在導電墨粉紙（導電墨粉紙已經粘貼在金屬面板上）上，記錄紙是尺寸為310mm

1.2 儀器調整

1.2.1調節(jié)底座螺釘：借助水準儀，將面板調成豎直，并將發(fā)射槍調成水平，同時應使發(fā)射槍與面板平面平行。

1.2.2插上AC220V電源，將發(fā)射槍后的線扣左拉，并掛在電磁鐵吸附的掛釘上，此時拉動槍桿左移10至15mm，將運動體放在發(fā)射槍的導軌上，要緊靠槍桿的左端。

1.2.3調節(jié)發(fā)射速度：用手按底座上的開關至“ON”的位置上，此時電磁鐵斷電，槍桿推動體向右，順導軌一段位移后，無自轉的進入自由空間作平拋運動，其落點以在右下角為宜，為此可以調節(jié)槍桿下的一塊調速板，調節(jié)時松開下部的兩棵螺母，即可變動電磁鐵與槍尾間的距離，從而改變槍桿推動運動體的加速位移，以達到變動運動體進入自由空間的初速度，在每次調速后都要將固緊螺母擰緊。

1.2.4調節(jié)放電針：將運動體放在發(fā)射槍的導軌上，蓋上金屬網面板，調節(jié)放電針的螺釘，將放電針調節(jié)距記錄紙與金屬網約2、3mm處即可。

1.3 描跡

1.3.1試描跡：試描跡時，先將白紙取下，將運動體靠放在待發(fā)的發(fā)射槍撞針右端后，蓋好金屬網面板，將頻率輸出置于10Hz，點跡用小或大（演示時用大），用手按下按鈕開關，同時注意觀察運動體的動態(tài)。

在手按下開關時，高壓脈沖由金屬網經運動體上的放電針，在電霸電墨粉紙上放電。在每一次作電火花放電時，電磁鐵斷電，槍桿推動運動體作平拋運動，可由電炎花明顯的觀察到運動體的動態(tài)。若是電火花所顯示的軌跡不完整，則應檢查軌道或轉道近處（20mm內）有無障礙物（近旁的磁體也要影響動態(tài)），面板平直與否，發(fā)射槍的豎直面與面板平行與否，紙面是否有顯著的縐紋等，在電火花所顯示的軌跡完整后，即可裝上記錄用白紙進行描跡，白紙也要緊貼平整。

1.3.2描跡：描跡前先用基準尺，在記錄白紙上畫出拋出點的X軸、Y軸的參考基線，畫完線后將基準尺推入發(fā)射槍后，要重點檢查描跡的起點，先看紙與面板是否緊貼，再查近旁的磁條距軌跡是否太近，起點的影響是zui大的。

具體的描跡過程與試描跡相似，不再重述。

1.4 數據整理

取下白紙，看點跡是否完整，若不完整應先找出原因，更正后應重新描跡，對一完整的描跡記錄的整理依次為：

1.4.1點跡編號：在記錄紙上，取運動體進入自由空間的一點標為“0”，以后依自然數標號。（可用大頭針將點跡刺穿，點跡即可轉印到紙的正面。也可將基準線轉印到反面，而點跡不刺穿，直接在白紙的背面做數據整理。）

1.4.2作豎直線及水平線。（水平線是過“0”點作X軸基準線的平行線即可。過“0”點作其的垂直線即為豎直線）

1.4.3根據△t=0.1秒，研究水平方向是否為勻速直線運動，如果是，則求出水平初速度V0：豎直方向是否為自由落體運動。

實驗2 斜拋物體的運動

平拋是拋體運動的一種特殊形式，它們之間是有其共同的規(guī)律，先認識平拋而后認識斜拋，這也就是從特殊到一般，實驗時的難點在于保持拋體不自轉，拋體的軌道與板面平行，且不能碰及。

2.1 儀器裝配

將發(fā)射槍裝于左邊偏下的位置上，如圖10所示，其它的與平拋相同，不再重述。

2.2 儀器調節(jié)

斜拋實驗，對運動體的初速度要稍大一些，一般需要槍桿推動的加速度位移在20mm以上。

2.3 描跡

也應在裝白紙前作試描跡，待軌道形態(tài)滿意，由電火花所展示的動態(tài)完整后，再裝白紙作正式描跡，描跡前要蓋好金屬網面板。

2.4 數據整理

2.4.1點跡編號

斜拋物體的運動軌跡一上一下，較平拋的數據更為豐富，在記錄紙上對數據進行編號及作輔助線的方法與平拋時的作法一樣。

2.4.2作豎直線與水平線

與平拋記錄上的作線方法相同。

實驗3 驗證機械能守恒定律

這里用二維描跡實驗中的拋體運動作為分析研究的測試對象，因則所用的儀器及使用方法已經在前面實驗中介紹了?？梢匀∫粡埰綊伝蛐睊伒拿枸E結果，進行數據整理和研究，驗證機械能守恒。

實驗4 完全非彈性碰撞

運動體在自由空間的水平速度為一定值，這為我們用它來測定物體碰撞后的速度提供了方便，用二維描跡儀進行這一實驗，可避免物體轉動能量與移動能量間的轉換，這在只計移動能量的現行高中力學教材中，可使實驗的科學性更加嚴謹。

4.1儀器裝配

將儀器豎放，調整面板豎直。

選以塑料為主體，無放電針的運動體作為受碰物體MB，將其放于發(fā)射槍導軌的右端點處，再選有放電針的以塑料為主體的運動體作為碰撞時的主動體MA，由發(fā)射槍來推動。

選發(fā)射槍推動加速的位移約20至30mm，選好后將調速板下的兩個螺母旋緊，待發(fā)射前的形態(tài)如圖11所示。

頻率輸出選用50Hz，點跡在演示時用大，學生實驗時用小，記錄白紙用100mm×280mm，裝于板面下部。

4.2 描跡

在完全非彈性碰撞中，經描跡后要得到的是碰撞前MA的速度VA；碰撞后兩物體粘在一起運動的速度V故完全非彈性碰撞的待測速度有兩個，需在保持同樣的發(fā)射條件下，作兩次描跡，描跡前要蓋好金屬網面板。

4.2.1求碰撞后粘在一起的速度的描跡

描跡前MA緊靠發(fā)射槍撞針，用手按底座上的開關按鈕，高壓脈沖由金屬網經MA上的放電針后，在記錄紙上放電、描跡。

在放電時，槍桿推動MA經一段加速成后，槍桿受阻停止，MA再經一段距離后與原來靜止在導軌右端點的MB碰撞并粘合在一起，共同前進。描跡的結果為碰撞后的“時一空”分布圖象，取下白紙編號作V′。

4.2.2示碰前MA速度的描跡

需另裝一張記錄紙，保持發(fā)射槍推動MA的加速位移不變，在發(fā)射槍導軌上不放MB，將MA放于緊靠待發(fā)的槍撞針頂端。這樣的描跡，因MA被發(fā)射后的水平速度保持不變，它與上述有碰撞前MA速度V相同，描跡后的記錄標為V。

4.3采集數據

4.3.1量出兩次記錄中0.04秒的水平位移S及S′，記入表4.1中。（注意：若輸出頻率不同，則△t不同?。?/font>

4.3.2稱出MA與MB的重量，記入表4.1中。

表4.1 MA= MB= △t=0.04秒

次序	水平位移（米）		水平速度（米/秒）		碰前總動量（千克·米/秒）	碰后總動量（千克·米/秒）
	S	S′	V	V′	P=MAV+MB×0	P′=(MA+MB)V′
1
2
3

實驗5 完全彈性碰撞

實驗中為了碰撞中減少能量損失，讓相碰兩物體的碰撞通過彈簧進行。

5.1儀器裝配

如圖11所示裝配儀器，與前一實驗不同這處是MA換為有彈簧的金屬為主的運動體，MB選用塑料為主、且有放電針的運動體；其他部分與前一實驗相同。

5.2描跡

彈性碰撞的待測速度有三個，因而需要保持同樣發(fā)射條件下，作三次描跡，每次各用記錄白紙。（描跡前蓋好金屬網面板。）

5.2.1測碰前MA速度VA的描跡

將MA緊按于待發(fā)的槍撞針右方，放電針在正常位置上，不放MB，使MA保持一定的水平速度作描跡記錄，紙標號為VA′。

5.2.3測碰后MB的速度VB′的描跡

這次描跡與前項不同的只是：將MA的放電針調短，而將MB的放電針恢復正常位置，在描跡時只記下MB的“時一空”軌跡，記錄紙標號為VB。

以上三次描跡都應作到發(fā)射槍對MA的加速度位移相同，從而使MA離開槍尖時的速度VA相等。

5.3采集數據

5.3.1量出三次記錄中0.04秒的水平位移SA、SA′及SB′記入表5.1只

5.3.2稱出MA及MB的重量，記入表5.1中。

表5.1 MA= MB= △t=0.04秒

次序	水平位移 （米）			水平速度 （米/秒）			碰前總動量 （千克·米/秒）	碰后總動量 （千克·米/秒）
	SA	SA′	SB′	VA	VA′	VB′	P=MA VA +MB×0	P′=MA VA′+MB VB′
1
2
3

續(xù)表5.1

次序	碰前總動能 (焦耳)	碰后總動能 (焦耳)
	EX= MA VA2/2+0	EX= MA VA′2/2+ MB VB′2/2
1
2
3

廣州市捷星教學儀器有限公司坐落在具有“羊城”之稱的美麗的廣州。這是一家集研發(fā)，生產，銷售于一體的教學儀器公司，雄厚的技術力量、的生產工藝、精湛的檢測手段，使產品具有操作簡單、優(yōu)質耐用、性能穩(wěn)定、外觀精美、價格合理等優(yōu)點。公司產品銷往各地，以品種齊全、質量上乘、按時交貨和完善的售后服務贏得了用戶的一致好評，被眾多院校廣泛采用。

本公司主要經營的產品：中小學、高中常規(guī)教學儀器。其中包括小學數學、小學語文、小學科學、小學英語、小學美術、小學音樂、小學體育、中學數學、中學物理、中學生物、中學化學、中學音樂、中學美術、中學體育、高中數學、高中物理、高中化學、高中通用技術等科目教學儀器。

“立足創(chuàng)新、專注質量、誠信服務、真誠合作、超越自我，共同發(fā)展”是捷星人始終如一的追求，為客戶提供優(yōu)質的產品和服務是捷星永恒的方針，我們將不斷超越自我，一如既往地為客戶創(chuàng)造價值，奉行“進取、誠信、堅持、奉獻”的企業(yè)精神，服務教育事業(yè)，為科教興國助力。

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