记忆测力计的制作

1、记忆测力计的制作全国自制教具评比一等奖陈开云（上海市风华中学200072）在中学物理实验中，如何测量运动物体在某一位置或某一时刻的受力 情况，如何让学生能够在物体快速运动时比较客易地观察并读取测量仪器 上的数值，这始终是一个难以解决的问题。 有一些实验，例如验证牛顿第 二定律的实验,这是中学物理的重点实验，也是一项实验结果并不十分令 人满意的实验，其难度就在于运动的物体所受到的 外力难以直接测出并让 学生能方便地直接读出测量数据。是否有一种能够测量运动物体所受的瞬 时力，并且能够将运动中的受力大小保存下来， 等到稍纵即逝的运动过程 结束后，让学生仔细判读的测量仪器呢？根据这一设想，我们设计制作

2、了“记忆测力计”这样一种新型的测力计,它除了具有一般测力计的功能外，还可以测量并“记忆”下运动物体在某一位置或某一时刻的受力大小，从而解决了一些实验中存在的难点。 这种测力计外观清晰，可见度高、结构 简单、灵敏度高、操作容易、实验效果良好。1工作原理图1记忆测力计具有三根旋转式指针，分内、中、外三层分别旋转指示数 值，见图1,其中中层指针为普通的受测力杆操纵的指计， 我们称之为“指 针”，靠近标尺屏的内层指针用来记忆物体受到的瞬时力，我们称之为“记 忆指针”。而最外层的指针用来记录物体所受到的最大力，这在很多物理 实验中是很有实用价值的。它装有阻尼装置，依靠“指针”的推动而被动 地旋转，当外力

3、消失后，由于阻尼作用而停留在原位，从而记录下物体所 受的最大力。下面，我们着重介绍测力计记忆瞬时力的工作原理。记忆测力计之所以能够测量并记忆瞬时力，是在测力计的基础上增设了磁控记忆 装置，这套装置由外部的标志物（内装磁铁）与仪器内的干簧管、电磁铁 等操纵机构组成。指针的结构也做了相应变动，在“指针”与“记忆指针” 之间设置了一套简易的离合器，记忆指针在磁控装置的控制下可以与指针 重合，随指针一起旋转、也可以随时与指针脱离，不受指针的影响。实际 使用时，将标志物预先放置在测力计途径中需要测试瞬时力的位置上、记忆指针置于指针的背后与其重合并随之运动，见图 2。当测力计经过标志 物时，测力计内的磁控

4、装置在磁铁的作用下控制记忆指针瞬间脱离指针，并立即停靠在标尺屏当时的位置上， 从而“记忆”下物体在标志物处所受 到的瞬时力。2基本结构监1rldh图3图3是电原理图，图4是打开测力计后盖的示意图,其底部装有电池， 电池的下方靠近标尺屏的一测装有常开式干簧营 Ki,测力杆上方有一个电 磁铁，记忆指计的控制装置就按装在电磁铁上。从图5可以看到，电磁铁 的中心有一根铜质的中心轴，它起到导向和支撑整个控制机沟的作用。 电 磁铁的铁心分成二个部分，较短的一段固定在电磁铁线圈内，较长的一段 衔铁既可以在中心轴上转动又可以前后移动。 两段铁心的中间放一根软弹 簧，以提供衔铁恢复力。衔铁露出线圈的一端安装一片

5、法兰盘， 记忆指针 就安装在这个盘上。与法兰盘紧挨着的是套在中心轴上的小齿轮， 它可以 自由转动但不得前后移动，小齿轮在这里既与齿条一起起到传动作用， 又 与法兰盘组成简易的离合器，如图6所示，小齿轮上同时安装指针。当电 磁铁不工作时，衔铁在弹簧作用下将法兰盘压在小齿轮上，离合器闭合、 记忆指针与指针重合。当测力杆通过齿条、齿轮带动指针旋转时，记忆指 针也随之转动。反之，当磁控系统控制电磁铁工作时、衔铁被收入线圈， 离合器打开，记忆指针瞬间脱离指针。由于干簧管Ka对电路自保作用，衔 铁被持续吸在线圈内不会转动，这样从测力计的外表看，记忆指针就停靠 在标尺屏的某一位置上不再移动，而指针仍可随测力

6、杆运动，不会对记忆 指针产生干扰。外屈箱针H亚忆椅针小齿枪齿条干賛时窗舍沪鬲I诜戒囲定轶心 中心韓 伽S 63使用方法记忆测力计可以单独使用，用来测量瞬时力或最大力，也可以结合其 他仪器一起使用。现以验证牛顿第二定律实验为例。将记忆测力计安装在 力学小车上，形成一辆”测力计小车”这样就可以从测力计上直接测出小 车受到的外力大小，从而避免了以往实验中存在的弊病，实验装置如图7所示。将测力计小车放在略微倾斜的斜面板上端， 通过细线挂上砝码，并 在适当位置放置标志物。用计时器来测量小车位移 s所需要的时间t。实 验时，在细线右端挂上适当的砝码，让小车作匀加速运动，并记下小车通 过位移s时所需要的时间t，并由此算出相应的加速度a。当小车经过标 志物时，记忆测力计记忆下了这一瞬间小车受到的外力 T，并在小车停止 后由学生从记忆测力计上读出。图74其他形式记忆测力计的另一种形式是制做成磁性记忆式。这种测力计的指针背 面安装一小块磁铁，标尺屏换成儿童写字用的磁粉板。 平时，指针转动时 距离标尺屏有一段距离，不会在标尺屏上留下痕迹，当控制机构工作时， 指针在瞬间向标尺屏方向靠一下，继而恢复原状。此时，指针上的磁铁就 会在标尺屏上留下一道清晰的黑杠，这就记