CN103280140A - 数字显示离心力演示器 - Google Patents

Abstract

一种数字显示离心力演示器包括平台支架，设置于平台支架上端的第一圆盘、设置于平台支架下端的第二圆盘，第一圆盘与第二圆盘通过中心轴穿过平台支架固定，第二圆盘通过皮带连接手转圆盘，手转圆盘通过支架与平台支架底部固连，手转圆盘上设有手柄，第一圆盘上设置有放置铁球的铁球轨道，铁球轨道的一端固定霍尔元件，霍尔元件靠近里端固定弹簧，第一圆盘的下面设置圆形弹簧接触覆铜片，圆形弹簧接触覆铜片通过导线连接霍尔元件；圆形弹簧接触覆铜片下设置弹性片，弹性片通过电路连接数字显示表。本发明填补了离心力直观显示中学教学仪器的空白，设计简单，成本低廉，具有一定的推广价值。

Description

数字显示离心力演示器

技术领域

本发明涉及一种物理现象教学演示器，具体涉及一种数字显示离心力演示器。

背景技术

高中物理教学中讲到，做圆周运动的物体因其惯性，有延圆周轨迹切线做直线运动的趋势。而此趋势正是要远离圆心，故称“离心现象”。为使物体保持匀速率圆周运动，则必须给物体提供指向圆心的合力——即向心力。向心力的反作用力就是离心力。然而向心力和离心力是不同的概念，向心力的概念是施加轨道约束的物体，为了实现约束，而给被约束的物体施加的，使其改变原来运动方向的力；离心力的概念是被轨道约束的物体，由于惯性，为了反抗约束，而给他约束轨道的物体的作用。这两力的概念比较抽象，教学中学生不好理解，尤其这两个力不好直观测量，实验室的仪器都是定性测量，没有直观显示测量数据的仪器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字显示离心力演示器，其能直观、定量测量离心力，直观、方便教学演示，增强了教学的趣味性。

本发明的技术解决方案是：

一种数字显示离心力演示器包括平台支架，设置于平台支架上端的第一圆盘、设置于平台支架下端的第二圆盘，所述第一圆盘与第二圆盘通过中心轴穿过平台支架固定，所述第二圆盘通过皮带连接手转圆盘，所述手转圆盘通过支架与平台支架底部固连，所述手转圆盘上设有手柄，

其特殊之处在于：

所述第一圆盘上设置有放置铁球的铁球轨道，所述铁球轨道的一端固定霍尔元件，所述霍尔元件靠近里端固定弹簧，所述第一圆盘的下面设置圆形弹簧接触覆铜片，所述圆形弹簧接触覆铜片通过导线连接霍尔元件；

所述圆形弹簧接触覆铜片下设置弹性片，所述弹性片通过电路连接数字显示表。

上述霍尔元件采集被轨道约束的铁球，而给他约束轨道的弹簧的作用力的信息，铁球与霍尔元件距离变化引起输出电压变化或电流变化，把这一信息通过放大器进行电压或电流放大，把放大后的信号经模拟数字转换在通过数字显示表显示出来。

上述电路包括放大电路和模拟数字转换电路。

上述圆形弹簧接触覆铜片为不少于2个的同心圆形式的圆形弹簧接触覆铜片。

上述弹性片包括固定片，以及固定于固定片一侧长度一致渐变的弹片；所述固定片固定于平台支架上。

上述轨道为铝质或塑胶材料的26X4X1.5cm的长方体。

上述第一圆盘为铝质或铁质材料，其半径8cm、厚度1cm。

上述第二圆盘为铝质或铁质材料，其半径2cm、厚度1.2cm。

本发明的有益效果是：

本发明填补了离心力直观显示中学教学仪器的空白，设计简单，成本低廉，具有一定的推广价值，直观、定量测量离心力，直观、方便教学演示，增强了教学的趣味性。

附图说明

图1为本发明电器连接示意框图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明圆形弹簧接触覆铜片结构示意图；

图4为本发明弹性片结构示意图。

附图标号说明：1-平台支架；2-铁球轨道；3-第一圆盘；4-中心轴；5-第二圆盘；6-手转圆盘；7-支架；8-皮带；9-霍尔元件；10-弹簧；11-弹性片；12-数字显示表；13-手柄；14-固定片；15-弹片。

具体实施方式

参见图1及图2，一种数字显示离心力演示器包括平台支架1，设置于平台支架1上端的第一圆盘3、设置于平台支架1下端的第二圆盘5，所述第一圆盘3与第二圆盘5通过中心轴4穿过平台支架1固定，第二圆盘5通过皮带8连接手转圆盘6，所述手转圆盘6通过支架7与平台支架1底部固连，手转圆盘6上设有手柄13，第一圆盘3上设置有放置铁球的铁球轨道2，铁球轨道2的一端固定霍尔元件9，霍尔元件9靠近里端固定弹簧10，第一圆盘3的下面设置圆形弹簧接触覆铜片，圆形弹簧接触覆铜片通过导线连接霍尔元件；圆形弹簧接触覆铜片下设置弹性片11，弹性片11通过电路连接数字显示表12。

霍尔元件9采集被轨道约束的铁球，而给他约束轨道的弹簧10的作用力的信息，铁球与霍尔元件距离变化引起输出电压变化或电流变化，把这一信息通过放大器进行电压或电流放大，把放大后的信号经模拟数字转换在通过数字显示表12显示出来。电路包括放大电路和模拟数字转换电路。参见图3，圆形弹簧接触覆铜片为不少于2个的同心圆形式的圆形弹簧接触覆铜片，图中是3个。

参见图4，弹性片11包括固定片14，以及固定于固定片14一侧长度一致渐变的弹片15；固定片14固定于平台支架1上。

轨道2为铝质或塑胶材料约26X4X1.5cm的长方体。第一圆盘3为铝质或铁质材料，其半径约8cm、厚度约1cm。第二圆盘5为铝质或铁质材料，其半径约2cm、厚度约1.2cm。

第一圆盘3和第二圆盘5通过中心轴4(靠底座支撑)固定连接一起，当手转圆盘6通过皮带传动带第一圆盘3转动其第二圆盘5也转动。目的是第二圆盘5上固定的长方体铁球的轨道2上的铁球在转动时向外做离心运动。

本发明采用霍尔元件传感器采集被轨道约束的铁球，而给他约束轨道的弹簧的作用力的信息(铁球与霍尔元件距离变化引起输出电压变化或电流变化)，把这一信息(电压变化或电流变化)通过放大器进行电压或电流放大，把放大后的信号经模拟数字转换在通过数字显示表12显示出来。工作原理参见图1。

制作过程：

该发明采用铸铁做仪器的平台支架1，铝质26X4X1.5cm的长方体做铁球的轨道2，铝质的半径8cm、厚度1cm做第一圆盘3，铝质的半径为2cm、厚度1.2cm做第二圆盘5，通过中心轴4固定在平台支架1的左端一位置，第二圆盘5经皮带8连接平台支架1上的支架7手转圆盘6；铁球轨道2一端固定霍尔元件9，靠近里端固定弹簧10，第一圆盘3的下面设置圆形弹簧接触覆铜片，参见图3，在平台支架1上设置弹性片11，参见图4，在平台1上固定数字显示表12。

演示器的工作电源采用输出20V，功率3W小型变压器，二极管桥式整流，2200UF电解电容滤波，三端稳压器进行稳压为离心力演示器提供稳定工作电压。放大器采用三极管复合放大，提高输入的灵敏度和输出电压的变化范围，数字表经改制，把输出的电压变化数值使其和牛顿力对应起来。

使用方法和实测数据：

演示前3-5分钟打开工作电源开关，让其演示器预热达到稳定，参见图2，把选用的小铁球放到轨道2靠近弹簧10，手握圆盘6上的手柄13正时针匀速转动，数字显示表12显示出弹簧约束(支撑)铁球的力。

实测数据：选用数字计时器配合测量小球的速度得出下表结果：

第一组：

第二组：

在上面的实验测量中，选用小球的质量分别为0.1千克、0.05千克，小球在半径(4-10)0.16米的圆周上旋转，小球做匀速运动，速度分别为0.5、0.8、1.0、1.2、1.5米/秒，数字表(12)显示的力分别如表中所示，其数字与计算数字有误差，其数值在千克力中小于百分之3，在正常范围内。

手摇手柄尽可能使小球做匀速圆周运动，演示完后妥善放好铁球和手柄，关闭电源。

Claims (8)

1.一种数字显示离心力演示器包括平台支架(1)，设置于平台支架(1)上端的第一圆盘(3)、设置于平台支架(1)下端的第二圆盘(5)，所述第一圆盘(3)与第二圆盘(5)通过中心轴(4)穿过平台支架(1)固定，所述第二圆盘(5)通过皮带(8)连接手转圆盘(6)，所述手转圆盘(6)通过支架(7)与平台支架(1)底部固连，所述手转圆盘(6)上设有手柄(13)，

其特征在于：

所述第一圆盘(3)上设置有放置铁球的铁球轨道(2)，所述铁球轨道(2)的一端固定霍尔元件(9)，所述霍尔元件(9)靠近里端固定弹簧(10)，所述第一圆盘(3)的下面设置圆形弹簧接触覆铜片，所述圆形弹簧接触覆铜片通过导线连接霍尔元件；

所述圆形弹簧接触覆铜片下设置弹性片(11)，所述弹性片(11)通过电路连接数字显示表(12)。

2.根据权利要求1所述数字显示离心力演示器，其特征在于：所述霍尔元件(9)采集被轨道约束的铁球，而给他约束轨道的弹簧(10)的作用力的信息，铁球与霍尔元件距离变化引起输出电压变化或电流变化，把这一信息通过放大器进行电压或电流放大，把放大后的信号经模拟数字转换在通过数字显示表(12)显示出来。

3.根据权利要求1所述数字显示离心力演示器，其特征在于：所述电路包括放大电路和模拟数字转换电路。

4.根据权利要求1～3任一所述数字显示离心力演示器，其特征在于：所述圆形弹簧接触覆铜片为不少于2个的同心圆形式的圆形弹簧接触覆铜片。

5.根据权利要求4所述数字显示离心力演示器，其特征在于：所述弹性片(11)包括固定片(14)，以及固定于固定片(14)一侧长度一致渐变的弹片(15)；所述固定片(14)固定于平台支架(1)上。

6.根据权利要求5所述数字显示离心力演示器，其特征在于：所述轨道(2)为铝质或塑胶材料的26X4X1.5cm的长方体。

7.根据权利要求6所述数字显示离心力演示器，其特征在于：所述第一圆盘(3)为铝质或铁质材料，其半径8cm、厚度1cm。

8.根据权利要求7所述数字显示离心力演示器，其特征在于：所述第二圆盘(5)为铝质或铁质材料，其半径2cm、厚度1.2cm。

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