CN203055252U - 向心力演示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种向心力演示器，其特征在于：具有上、下横梁的支架，所述上横梁固定有直流调速电机，所述下横梁带有刻度尺；在所述上、下横梁上装有一对可移动的光电门；所述电机轴垂直向下，在所述电机轴上连接有连有细线的钢球；所述支架上设有数字光电传感器，所述数字光电传感器与光电门电连接。本实用新型能方便验证向心力，操作简单易学，既有直观性又有趣味性，实验效果极佳；外型简洁美观，非常适宜课堂演示实验教学。

Description

向心力演示器

技术领域

本实用新型涉及一种物理实验教具，尤其涉及一种向心力演示器。 

背景技术

匀速圆周运动是高中物理教学的一个重难点模型，《5.6 向心力》是人教版必修二的内容，对向心力的理解是学习圆周运动的关键。教材对此部分的安排是：首先，教材中对于向心力的表达式的处理方式是直接呈现给学生；然后设计实验对此规律验证，最后再运用此规律解决问题。因此，通过实验验证向心力公式的正确性成为学生对向心力公式科学性认识的一个关键的中心环节。教师根据教材提供的圆锥摆运动思路设计一个可行的实验方案是本章教学的重点，不但符合了我们物理学研究的基本方法，而且符合学生的认知规律。但是教材中只是一种抛砖引玉的指导方法，在实际操作中有诸多困难，大多教师苦于此实验难以设计，所以就利用动画课件模拟一下，主要精力放在理论推导。给学生留下一种生硬的抽象理论推导过程，难以从中获得科学方法和真正的对向心力的理解，使得本节实验探究课变成了乏味的理论课。 

发明内容

本实用新型旨在提供一种结构简单，既有直观性又有趣味性，能方便验证向心力的一种演示器。 

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种向心力演示器，其特征在于：具有上、下横梁的支架，所述上横梁固定有直流调速电机，所述下横梁上有刻度或刻度尺；在所述上、下横梁上装有一对可移动的光电门；所述电机轴垂直向下，在电机轴中心连接有连有细线的钢球，所述细线穿过钢球中心；所述支架上设有数字光电传感器，所述数字光电传感器与光电门电连接。 

本实用新型的技术方案还可以进一步完善； 

作为优选，所述支架的底面设有平衡调节螺丝。 

作为优选，所述刻度的零点对准钢球悬点的正下方。 

作为优选，所述钢球直径为8-12mm。 

作为优选，所述钢球直径为10mm。 

作为优选，所述细线长度为45-55cm。 

作为优选，所述细线长度为50cm。 

作为优选，所述支架采用铝合金或不锈钢。 

本实用新型的有益效果是： 

1）利用光电门，巧妙地解决了圆锥摆运动圆周半径的确定难题；利用传感器数字记录完成圆周运动的次数N与所用时间t，便捷得到周期T。 

2）利用电动机的转动带动钢球做圆锥摆运动，能够补充由于空气的摩擦产生的能量损失，又不会改变圆周运动的周期。 

3）本实用新型能方便验证向心力，操作简单易学，既有直观性又有趣味性，实验效果极佳；外型简洁美观，非常适宜课堂演示实验教学。 

附图说明

附图1是本实用新型的一种结构示意图。 

附图标记说明：1、支架，2、开关，3、数字光电传感器，4、光电门，5、刻度尺，6、钢球，7、细线，8、电动机，9、上横梁，10、下横梁。 

具体实施方式

实施例1： 

如图所示的一种向心力演示器，具有支架1，所述支架采用铝合金，支架上有上横梁9和下横梁10，所述上横梁9上固定电动机8，所述电动机为直流调速电机，所述下横梁带有刻度尺5，所述刻度尺的零点对准电动机轴心正下方。在所述上、下横梁上装有一对可移动的光电门4；所述电动机轴垂直向下，在电动机轴的轴心连接有带有细线7的钢球6，所述细线通过钢球球心，所述细线长度为50cm，所述钢球直径为10mm；所述固定支架上设有数字光电传感器3，所述数字光电传感器3与光电门4电连接，在支架上装有开关。支架的底面设有平衡调节螺丝。 

实施例2： 

本实施例的支架采用不锈钢，钢球直径为12mm，细线长度为55cm，下横梁上设有刻度。 

其他与实施例1相同。 

使用方法 

1）将本演示器置于在水平桌面上，微调平衡调节螺丝，使本装置呈现水平稳固状态。 

2）打开电动机电源，启动电动机8，用手为钢球施加一个初动量；微调电动机8，选择一个合适的转速，使得钢球6稳定地做圆锥摆运动。 

3）打开光电门电源，调节光电门4在下横梁10上的位置，使得光电门之间的光线通过小球所在的圆周轨道；从刻度尺上读出光电门4所在位置的刻度，此长度即为钢球6所做圆周运动的半径r。 

4）以上步骤完成后，选择钢球6再次经过光电门4之间时，按下数字面板上的计时开关，数字显示器清零后，开始计数N和计时t；选择合适的次数，然后计算出匀速圆周运动的周期T=N/t。 

5）将以上实验步骤中的得到的T和r代入向心力表达式

 。 

式中：Fn 为向心力表达式。 

6）然后将以上步骤中的数据代入到

 。 

式中：F_合  为小球受到的合力。 

7）将（6）和（7）的结果相比较，即向心力表达得以验证。 

8）改变细线长l和钢球圆周运动的半径r，重复以上操作步骤，进行多次验证。 

本演示器也可以将测量的物理量转化为测量高度，即在数值支架上安装刻度尺和激光笔，然后通过激光定位小球的竖直高度或者绳长。 

Claims (8)

1.一种向心力演示器，其特征在于：具有上、下横梁的支架，所述上横梁固定有直流调速电机，所述下横梁上有刻度或刻度尺；在所述上、下横梁上装有一对可移动的光电门；所述电机轴垂直向下，在电机轴中心连接有连有细线的钢球；所述支架上设有数字光电传感器，所述数字光电传感器与光电门电连接。

2.根据权利要求1所述的向心力演示器，其特征在于：所述支架的底面设有平衡调节螺丝。

3.根据权利要求1或2所述的向心力演示器，其特征在于：所述刻度的零点对准钢球悬点的正下方。

4.根据权利要求1或2所述的向心力演示器，其特征在于：所述钢球直径为8-12mm。

5.根据权利要求1或2所述的向心力演示器，其特征在于：所述钢球直径为10mm。

6.根据权利要求1或2所述的向心力演示器，其特征在于：所述细线长度为

45-55cm。

7.根据权利要求1或2所述的向心力演示器，其特征在于：所述细线长度为50cm。

8.根据权利要求1或2所述的向心力演示器，其特征在于：所述支架采用铝合

金或不锈钢。

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