CN206480251U - 一种新型向心力实验演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及中学物理实验教学工具领域，尤其是一种新型向心力实验演示装置，包括光滑平台、三角台、摆球、冲击球、砝码盘、托盘，所述光滑平台右侧设有倒U形杆，倒U形杆上套有三角台，三角台上设有光滑导轨，光滑导轨上设有冲击球，光滑平台中部设有中心孔，中心孔内插有摆绳，摆绳端部固定有摆球，砝码盘上端悬挂在摆绳下端端部。本实用新型结构设计合理，使用简单方便，可以方便的进行向心力教学演示，可以通过数据计算演示向心力的大小与物体的质量、圆周半径、角速度之间的关系，可方便学生理解向心力的课程内容，激发学生的兴趣，加深印象，提高教学效果。

Description

一种新型向心力实验演示装置

技术领域

本实用新型涉及中学物理实验教学工具领域，尤其是一种新型向心力实验演示装置。

背景技术

物体做圆周运动时，沿半径指向圆心方向的外力(或外力沿半径指向圆心方向的分力)称为向心力，向心力是从力的效果来命名的，因为它产生指向圆心的加速度，所以称它为向心力，它不是具有确定性质的某种类型的力，相反，任何性质的力都可以作为向心力，实际上它可是某种性质的一个力，或某个力的分力，还可以是几个不同性质的力沿着半径指向圆心的合外力。向心力是高中物理教学中的一个难点内容，学生对于向心力一直很难理解，在对物体进行受力分析时，往往还错误的外加一个向心力。因此通过实验演示让学生对向心力便于理解非常重要，目前中学物理教程中使用的圆锥摆运动实验演示效果并不理想，而且向心力的大小与物体的质量、圆周半径、角速度的二次方成正比，在此实验演示时并不能很好的进行计算验证。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服上述技术缺点提供一种新型向心力实验演示装置。

本实用新型解决技术问题采用的技术方案为：一种新型向心力实验演示装置，包括光滑平台、三角台、摆球、冲击球、砝码盘、托盘，所述光滑平台下端设有4根支撑杆，支撑杆下端螺接有调平脚，光滑平台左上角处设有与其相垂直的竖杆，竖杆端部设有与其相垂直的悬挂杆，悬挂杆上通过挂绳悬挂有铅锤，光滑平台右侧设有倒U形杆，倒U形杆上套有三角台，三角台两侧设有坡长刻度线，三角台上设有光滑导轨，光滑导轨上设有冲击球，光滑平台中部设有中心孔，中心孔一侧设有与两侧边平行方向的半径刻度线，中心孔内插有摆绳，摆绳端部固定有摆球，摆球和冲击球上均设有中间线标示，右前侧的支撑杆上通过固定螺栓固定有套筒，套筒一侧设有连接杆，连接杆端部设有托盘，托盘上放有砝码盘，砝码盘上放有砝码，砝码盘上端悬挂在摆绳下端端部。使用悬挂铅锤装置，可以直观的判断光滑平台是否水平，然后可以通过调平脚调整水平，设有坡长刻度线和半径刻度线，根据摆球和冲击球 上的中间线标示可以确定圆周运动的半径以及冲击球初始的斜坡长度以便于后续实验演示及数据计算，实验中摆球和冲击球的质量相同，三角台斜角为30度角，其后边与光滑平台右台边平齐，冲击球从光滑导轨上滚下时，根据动量守恒定律，冲击球在同心冲撞摆球后，冲击球会将初速度传导给摆球，摆球获得初速后会向前运动，根据受力分析，此时摆绳上的拉力会作为摆球的向心力使摆球沿圆周运动，根据冲击球初始斜坡长度及角度可以计算出摆球的初速度，可以计算摆球的角速度，再加上摆球质量、半径可以计算出向心力的大小，根据砝码盘及其上砝码的质量可以计算出其重力大小，从而可以计算出固定半径时冲击球从光滑导轨上什么位置滚下时向心力与砝码盘及砝码的重力相等，实验时将冲击球从大于上述计算的位置滚下时摆绳就可以将砝码盘拉起脱离托盘，实验时通过冲击球不同位置滚下以及使用不同的摆绳在光滑平台上的长度来进行实验，同时可以更换其他质量的冲击球与摆球，从而可以直观的演示向心力，并可以演示向心力的大小与物体的质量、圆周半径、角速度之间的关系，可方便学生理解向心力的课程内容，激发学生的兴趣，加深印象，提高教学效果。

本实用新型所具有的有益效果是：本实用新型结构设计合理，使用简单方便，可以方便的进行向心力教学演示，可以通过数据计算演示向心力的大小与物体的质量、圆周半径、角速度之间的关系，可方便学生理解向心力的课程内容，激发学生的兴趣，加深印象，提高教学效果。

附图说明

附图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1对本实用新型做以下详细说明。

如图1所示，本实用新型包括光滑平台1、三角台15、摆球20、冲击球17、砝码盘13、托盘12，所述光滑平台1下端设有4根支撑杆2，支撑杆2下端螺接有调平脚3，光滑平台1左上角处设有与其相垂直的竖杆4，竖杆4端部设有与其相垂直的悬挂杆5，悬挂杆5上通过挂绳6悬挂有铅锤7，光滑平台1右侧设有倒U形杆8，倒U形杆8上套有三角台15，三角台15两侧设有坡长刻度线18，三角台15上设有光滑导轨16，光滑导轨16上设有冲击球17，光滑平台1中部设有中心孔22，中心孔22一侧设有与两侧边平行方向的半径刻度线19，中心孔22内插有摆绳21，摆绳21端部固定有摆球20，摆球20和冲击球17上均设有中间线标示23，右前侧的支撑杆2上通过固定螺栓10固定有套筒9，套筒9一侧设有连接杆11，连 接杆11端部设有托盘12，托盘12上放有砝码盘13，砝码盘13上放有砝码14，砝码盘13上端悬挂在摆绳21下端端部。使用悬挂铅锤7装置，可以直观的判断光滑平台1是否水平，然后可以通过调平脚3调整水平，设有坡长刻度线18和半径刻度线19，根据摆球20和冲击球17上的中间线标示23可以确定圆周运动的半径以及冲击球17初始的斜坡长度以便于后续实验演示及数据计算，实验中摆球20和冲击球17的质量相同，三角台15斜角为30度角，其后边与光滑平台1右台边平齐，冲击球17从光滑导轨16上滚下时，根据动量守恒定律，冲击球17在同心冲撞摆球20后，冲击球17会将初速度传导给摆球20，摆球20获得初速后会向前运动，根据受力分析，此时摆绳21上的拉力会作为摆球20的向心力使摆球20沿圆周运动，根据冲击球17初始斜坡长度及角度可以计算出摆球20的初速度，可以计算摆球20的角速度，再加上摆球20质量、半径可以计算出向心力的大小，根据砝码盘13及其上砝码14的质量可以计算出其重力大小，从而可以计算出固定半径时冲击球17从光滑导轨16上什么位置滚下时向心力与砝码盘14及砝码13的重力相等，实验时将冲击球17从大于上述计算的位置滚下时摆绳21就可以将砝码盘13拉起脱离托盘12，实验时通过冲击球17不同位置滚下以及使用不同的摆绳21在光滑平台1上的长度来进行实验，同时可以更换其他质量的冲击球17与摆球20，从而可以直观的演示向心力，并可以演示向心力的大小与物体的质量、圆周半径、角速度之间的关系，可方便学生理解向心力的课程内容，激发学生的兴趣，加深印象，提高教学效果。

实验时，调节托盘12上下位置，将带砝码14的砝码盘13挂在摆绳21端部，拉直摆绳21，调节三角台15位置，使光滑导轨16下端对准摆球20，此时可以计算砝码盘13及砝码14的重力，计算摆球20在此半径时，摆球20获得什么样的初速度产生的向心力与砝码盘13及砝码14的重力相等，确定所需要的冲击球17下滑位置，在此位置下方松开冲击球17，观看摆球20摆动效果，在此位置上方松开冲击球17，观看砝码盘13是否会被摆绳21带起脱离托盘12，记下此坡长刻度线18，取下1个砝码14，再从上一位置松开冲击球17，观看砝码盘13是否还会被带起，然后再增加2个砝码14，再从上一位置松开冲击球17，观看砝码盘13是否还会被带起，通过这些实验来验证向心力大小与角速度的关系，再更换其他质量的摆球20与冲击球17进行上述实验步骤，以验证向心力大小与质量的关系，最后调节托盘12上下位置，更换不同的摆绳21半径，并调节三角台15的位置，重复上述实验步骤来验证向心力大小与圆周运动半径的关系。

Claims (1)

1.一种新型向心力实验演示装置，包括光滑平台、三角台、摆球、冲击球、砝码盘、托盘，其特征在于：所述光滑平台下端设有4根支撑杆，支撑杆下端螺接有调平脚，光滑平台左上角处设有与其相垂直的竖杆，竖杆端部设有与其相垂直的悬挂杆，悬挂杆上通过挂绳悬挂有铅锤，光滑平台右侧设有倒U形杆，倒U形杆上套有三角台，三角台两侧设有坡长刻度线，三角台上设有光滑导轨，光滑导轨上设有冲击球，光滑平台中部设有中心孔，中心孔一侧设有与两侧边平行方向的半径刻度线，中心孔内插有摆绳，摆绳端部固定有摆球，摆球和冲击球上均设有中间线标示，右前侧的支撑杆上通过固定螺栓固定有套筒，套筒一侧设有连接杆，连接杆端部设有托盘，托盘上放有砝码盘，砝码盘上放有砝码，砝码盘上端悬挂在摆绳下端端部。