專利名稱：圓周運動向心力研究儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于教學器具，尤其涉及一種供中學生物理分組實驗教學的圓周運動向心力研究儀。
背景技術：
高中物理課程中物體作圓周運動的向心力一節(jié)的教學，一直是公認的難點。主要原因在于，物體作圓周運動所需要的向心力與物體的質量，角速度，圓周運動的半徑之間的關系式(F＝mω2r)，由于不能用較直觀的方法得出，許多學生學習到這里要靠死記硬背才能記住向心力公式。由于缺乏對公式來源的理解，致使學生應用這一公式解決問題帶來很大困難。最新版的人教社教材中采用的方法是由速度的變化量從理論上推出向心加速度的表達式，再根據(jù)牛頓第二定律，得到向心力的表達式。過程中用了大量的極限的思想方法。.從理論到理論。教學實踐中發(fā)現(xiàn)學生接受起來很困難。由于學生在學習的過程中缺少必要的體驗，并不能收到預想教學的效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種圓周運動向心力研究儀，其操作簡單，原理直觀，誤差較小，又因造價低制作成本便宜，適合學生分組實驗。學生將向心力定性演示實驗改進為定量操作實驗，使學生對向心力公式的理解及應用起到很大作用。
本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術方案一種圓周運動向心力研究儀，其特征是主要由底盤、支架、電機、接線柱、小車滾動槽、彈簧測力計滑槽、彈簧測力計、齒輪測速箱、平衡指示針組成，所述雙臂支架固定在底盤上，支架雙臂一端的T形板上固接平衡指示機構，指示機構包括平衡標示板、指示針、掛線架及掛繩耳，所述平衡標示板與T形板固接，指示針通過指針座與平衡標示板銷接，掛線架及掛繩耳與指針座固接，并與銷軸呈等臂杠桿，掛線架一端系細線，細線通過滑輪與置于滑槽內的彈簧測力計連接，掛繩耳一端系細繩，細繩通過介輪與置于小車滾動槽內的小車連接，所述小車滾動槽一端底部與設有小齒輪的電機輸出軸固接，所述小齒輪與齒輪測速箱的大齒輪嚙合，大齒輪與外齒輪同軸的小齒輪嚙合，所述接線柱固接在與底盤連接的接線支架上。
所述小車的細繩長度可調。
本發(fā)明的有益效果本裝置通過測轉速機構和測向心力機構使學生通過實際演示可分別改變質量、角速度、半徑，隨時讀出向心力數(shù)值，分別找出上述物理量與向心力的關系圖象，從而得出向心力公式。


圖1是本發(fā)明的結構示意圖；圖2是質量與向心力關系坐標圖；圖3是半徑與向心力關系坐標圖；圖4是角速度與向心力關系坐標圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及較佳實施例詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。
如圖所示，一種圓周運動向心力研究儀，主要由底盤1、支架2、電機3、接線柱4、小車滾動槽5、滑槽6、彈簧測力計7、齒輪測速箱8、平衡指示機構9組成，所述雙臂支架2-1固定在底盤上，支架雙臂一端的T形板2-2上固接平衡指示機構，指示機構包括平衡標示板9-1、指示針9-2、掛線架9-3及掛繩耳9-4，所述平衡標示板與T形板2-2固接，指示針通過指針座9-5與平衡標示板銷接，掛線架及掛繩耳與指針座固接，并與銷軸呈等臂杠桿，可以保證彈簧測力計7形變時不會影響小車作圓周運動的半徑。掛線架一端系細線10，細線通過滑輪11與置于滑槽內的彈簧測力計7連接，掛繩耳9-4一端系細繩12，細繩通過介輪13與置于小車滾動槽內的小車14連接，所述小車的細繩長度可調，通過調整細繩長度改變小車作圓周運動的半徑，采用刻度尺直接測出小車作圓周運動的半徑。小車自身質量為6.2克，可在小車上加放砝碼，改變小車的質量。所述小車滾動槽一端底部與設有小齒輪15的電機輸出軸固接，所述小齒輪15與齒輪測速箱8的大齒輪8-1嚙合，大齒輪與外齒輪8-2同軸的小齒輪8-3嚙合。齒輪傳動比為180/10×180/12＝270/1，可以測出小車滾動槽5的轉動周期T即可通過利用ω＝2π/T求出角速度。所述接線柱固接在與底盤連接的接線支架16上，接線柱之間通過分壓電阻17連接，電源接到不同的接線柱時可以調整電機的轉速，從而改變ω值。本裝置可采用有機玻璃或塑料注塑成型，其中齒輪可采用塑料或金屬制成。本儀器供中學生物理分組實驗教學，用于探究向心力公式F＝mω2r之用。性能指標采用學生電源4.5V檔；彈簧測力計量程1N。使用方法將學生電源放到4.5V檔，教具正負極按鈕選好，接上導線；將小球放到小車滾動槽適當位置；彈簧測力計勾上細線繩；稱出小車質量。
實驗過程(一)探究質量m與向心力F關系1、固定小車上連線的長度，固定電機輸入電壓，小車內不放砝碼片，此時小車質量為6.2克，開啟電機，此時電機帶動滑動槽轉動，當小車在槽內某一位置靜止時，拉動彈簧測力計，觀察平衡指示針指向刻度盤平衡中線時，讀取彈簧測力計的數(shù)據(jù)，然后斷開電源。
2、小車依次加入砝碼片，分別計下小車質量，仍按照方法1實驗，依次得到彈簧測力計數(shù)值，即向心力值。
3、將得到的質量與向心力值作出圖象，得出關系結論。
(二)、探究半徑r與向心力F關系1、將小車上的細繩收緊到半徑較小的一個位置；2、接通電源，方法同實驗一讀取彈簧測力計示數(shù)；3、依次調節(jié)小車上的細繩長度，每次將小車轉動半徑增大1cm，分別重復上述操作，計下彈簧測力計值；4、畫出半徑與向心力圖象，得出關系結論。
(三)、探究角速度ω與向心力F關系1、先將電機轉速調節(jié)至最快檔；2、用秒表測出外齒輪轉動一周周期t，則電機周期T＝t/270(大、小齒輪傳動比為180/10×180/12＝270)，利用ω＝2π/T求出角速度，方法同(一)讀出向心力；
3、改變接入的分壓電阻，將電機轉速依次換檔調慢，分別求出加速度ω及向心力F，作出加速度ω與向心力圖象，得出關系結論。
注意事項觀察彈簧測力計讀數(shù)時，待指針穩(wěn)定后讀數(shù)；測角速度要從角速度大到小進行測量。
數(shù)據(jù)處理(一)半徑r、角速度ω一定，探究質量m與向心力F關系

(二)質量m、角速度ω一定，探究半徑r與向心力F關系圖表

(三)質量m、半徑r一定，探究角速度ω與向心力F關系圖表

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的結構作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術方案的范圍內。
權利要求
1.一種圓周運動向心力研究儀，其特征是主要由底盤、支架、電機、接線柱、小車滾動槽、彈簧測力計滑槽、彈簧測力計、齒輪測速箱、平衡指示針組成，所述雙臂支架固定在底盤上，支架雙臂一端的T形板上固接平衡指示機構，指示機構包括平衡標示板、指示針、掛線架及掛繩耳，所述平衡標示板與T形板固接，指示針通過指針座與平衡標示板銷接，掛線架及掛繩耳與指針座固接，并與銷軸呈等臂杠桿，掛線架一端系細線，細線通過滑輪與置于滑槽內的彈簧測力計連接，掛繩耳一端系細繩，細繩通過介輪與置于小車滾動槽內的小車連接，所述小車滾動槽一端底部與設有小齒輪的電機輸出軸固接，所述小齒輪與齒輪測速箱的大齒輪嚙合，大齒輪與外齒輪同軸的小齒輪嚙合，所述接線柱固接在與底盤連接的接線支架上。
2.根據(jù)權利要求1所述的圓周運動向心力研究儀，其特征是所述小車的細繩長度可調。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種供中學生物理分組實驗教學的圓周運動向心力研究儀，主要由底盤、電機、接線柱、小車滾動槽、彈簧測力計滑槽、彈簧測力計、齒輪測速箱、平衡指示針組成，支架雙臂一端的T形板上固接平衡指示機構，平衡標示板與T形板固接，指示針通過指針座與平衡標示板銷接，掛線架及掛繩耳與指針座固接，掛線架一端系細線與置于滑槽內的彈簧測力計連接，掛繩耳一端系細繩，細繩小車連接，滾動槽一端底部與設有小齒輪的電機輸出軸固接，所述小齒輪與齒輪測速箱的大齒輪嚙合。有益效果本裝置通過測轉速機構和測向心力機構使學生通過實際演示可分別改變質量、角速度、半徑隨時讀出向心力數(shù)值，分別找出上述物理量與向心力的關系圖象，從而推出向心力公式。
文檔編號G09B23/00GK101025867SQ20071005647
公開日2007年8月29日 申請日期2007年1月17日 優(yōu)先權日2007年1月17日
發(fā)明者魏濤, 王新生, 任金宏, 張楊 申請人:天津市海河中學