CN208985475U - 一种无线向心力实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线向心力实验装置，包括实验器本体，及用于承载各部件的底座，所述实验器本体包括用于安装力传感器、光电门传感器及PCB板的壳体，所述壳体的顶端安装有由配重块与拉杆组成的配重调节机构，所述拉杆的两端固定于壳体上，其中部通过紧固件连接；所述配重块的中心开有槽口，通过槽口穿于拉杆上，并沿拉杆自由滑动；所述配重调节机构通过锁紧螺母与用于测量向心力的力传感器相连，所述力传感器的下方设置有用于测量挡光时间的光电门传感器，所述力传感器与光电门传感器分别与安装在二者之间的PCB板通讯连接。本实用新型原理简单、设计巧妙，采用一体化设计，小巧美观，数据采集连续、准确，操作更加方便。

Description

一种无线向心力实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种实验装置，具体的说是一种用于研究无线向心力的实验装置，属于教学实验器材技术领域。

背景技术

向心力实验是高中物理中的一个重要内容，目前的教学活动中多采用大小带轮作为向心力实验的道具，而大小带轮是一种形象直观的力学实验仪器，其原理为：将仪器放置平稳并使摇柄能伸出台面以便操作，将两球置于两带轮的悬臂旋转，由于球的离心力作用，压杆向下压使标尺露出相应的刻度，离心力越大露出的刻度越长，反过来压杆下面弹簧的弹力通过压杆传递给钢球或铝球作为其作圆周运动的向心力。通过分别改变球的质量，改变两轮的传动比，改变球的运动半径进行对比实验，以此来粗略验证向心力F与直立m、运动半径r、角速度w、线速度v之间的关系。

然而，该种设备在力学实验中会产生由摩擦力引起的误差，且设备体积较大，实验数据记录不够方便快捷，影响实验的结果。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种结构简单、操作方便、能够精确测量无线向心力的实验装置。

为了解决以上技术问题，本实用新型提供的一种无线向心力实验装置，包括实验器本体，及用于承载各部件的底座，所述实验器本体包括用于安装力传感器、光电门传感器及PCB板的壳体，所述壳体的的顶端安装有由配重块与拉杆组成的配重调节机构，所述拉杆的两端固定于壳体上，其中部通过紧固件连接；所述配重块的中心开有槽口，通过槽口穿于拉杆上，并沿拉杆自由滑动；所述配重调节机构通过锁紧螺母与用于测量向心力的力传感器相连，所述力传感器的下方设置有用于测量挡光时间的光电门传感器，所述力传感器与光电门传感器分别与安装在二者之间的PCB板通讯连接。

实验中，可以根据刻度改变配重块的半径，当不放重物时可以通过横向水平泡来判定是否水平，可调手柄可改变实验器旋转方向，当实验器竖直时，可用纵向水平泡来判定是否竖直，力传感器用来测量向心力，光电门传感器内置码盘，利用光电头的挡光时间来计算角速度，提高测量精度，排除外界干扰。实验过程中角速度从快到慢，记录实验数值，并通过改变圆周运动的半径和质量来研究与向心力的关系。实验器内置可充电锂电池，且便于拆卸。

工作过程和原理：即

F＝ma=mv²/r=mw²r，

实验中，固定好配重块铜锤，记下重量和半径r。通过给一力使向心力实验器转动，力传感器和光电门传感器测得数据通过无线蓝牙传至专用实验软件，在此过程中，光电门可以测量出实验器旋转的角速度ω，力传感器可以测量出实验器的向心力F，和配重块的质量m，经过实验数据对比，可以探究向心力与角速度，半径和质量的关系以及圆周运动中向心力随时间变化规律。

本实用新型进一步限定的技术特征为：所述壳体呈T型，其中心底部设有轴承，所述轴承与固定于底座上部的支撑杆活动连接。所述轴承与支撑杆的连接处分别设有对应的通孔，所述通孔内穿有调节把手，通过旋转调节把手使轴承带动实验器本体转动。

进一步的，所述实验器本体具有横向位置及竖直位置，分别设置纵向与横向水平泡，位于机身中间两侧；当实验器本体处于横向位置时，当不放重物时可以通过横向水平泡来判定是否水平，可调手柄可改变实验器旋转方向，当实验器竖直时，可用纵向水平泡来判定是否竖直。

进一步的，所述壳体的外表面丝印有刻度尺。所述配重块由铜锤与安装于铜锤顶部的固定螺钉组成，所述铜锤的中心线可与刻度尺配合使用，读出示数。所述铜锤的规格至少为三种，分别为20g、30g和50g。

进一步的，所述光电传感器内部设有感应挡光时间的光电探头及通过被挡光时间来计算角速度的码盘。

进一步的，所述支撑杆的外部套接有用于防滑的把套。

本实用新型的有益效果是：本实用新型原理简单、设计巧妙，采用一体化设计，小巧美观，测量时不需要额外搭建或组装，操作简便；内置光电门和力传感器，数据采集连续、准确；同时也减小了由于结构造成的实验误差，提高了测试效率和准确度，操作更加方便。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的刻度尺放大图。

图3为本实用新的使用示意图。

图4为采用本实施例做出的实验结果示意图。

具体实施方式

本实施例提供的一种无线向心力实验装置，结构由图1至图3所示，包括滚花螺钉1，配重块2，拉杆3，锁紧螺母4，力传感器5，光电门6，PCB板7，锂电池8,轴承9，T型把手10，把套11，人字形底座12。

其中，壳体为了美观及观察方便，采用蓝色半透明材质，其表面丝印有刻度尺，用于记录配重块旋转半径。并安装有实验装置的开关、锂电池充电口、蓝牙及充电指示灯。

壳体的顶部两端向上延伸形成卡扣，卡扣内卡接有拉杆，该拉杆为一M3表面光洁的不锈钢光杆，并通过安装于中部的锁紧螺母相连。配重块由铜锤及固定螺钉组成；在铜锤中心位置加工出一个槽口，使其穿于拉杆内并可以沿拉杆左右滑动，以调节旋转半径。同时，为了实验的精准性，铜锤的规格包括20g、30g和50g三种型号，通过槽口可方便更换。在铜锤的顶部中心位置开有一个M3孔，固定螺钉拧入该孔内并紧配，该固定螺钉为不锈钢高头台阶滚花螺钉。同时，在配重块上还设有中心线，可以读出刻度尺示数。

壳体的内部安装有力传感器、光电传感器、PCB板及锂电池。力传感器用来测量向心力，光电门传感器内置码盘，利用光电头的挡光时间来计算角速度，提高测量精度，排除外界干扰。实验过程中角速度从快到慢，记录实验数值，然后蓝牙将实验器与数据采集装置通讯连接，并通过改变圆周运动的半径和质量来研究与向心力的关系。实验器内置可充电锂电池，且便于拆卸。

向心力实验器壳体通过轴承与支撑杆连接，外套有防滑胶套，底部以人字形底座作为支撑，保持向心力实验器整体的平衡。

实验中，可以根据刻度改变配重块的半径，当不放重物时可以通过横向水平泡来判定是否水平，可调手柄可改变实验器旋转方向，当实验器竖直时，可用纵向水平泡来判定是否竖直，力传感器用来测量向心力，光电门传感器内置码盘，利用光电头的挡光时间来计算角速度，提高测量精度，排除外界干扰。实验过程中角速度从快到慢，记录实验数值，并通过改变圆周运动的半径和质量来研究与向心力的关系。实验器内置可充电锂电池，且便于拆卸。

工作过程和原理：即

F＝ma=mv²/r=mw²r，

实验中，固定好配重块铜锤，记下重量和半径r。通过给一力使向心力实验器转动，力传感器和光电门传感器测得数据通过无线蓝牙传至专用实验软件，在此过程中，光电门可以测量出实验器旋转的角速度ω，力传感器可以测量出实验器的向心力F，和配重块的质量m，经过实验数据对比，可以探究向心力与角速度，半径和质量的关系以及圆周运动中向心力随时间变化规律。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种无线向心力实验装置，包括实验器本体，及用于承载各部件的底座，其特征在于：所述实验器本体包括用于安装力传感器、光电门传感器及PCB板的壳体，所述壳体的顶端安装有由配重块与拉杆组成的配重调节机构，所述拉杆的两端固定于壳体上，其中部通过紧固件连接；所述配重块的中心开有槽口，通过槽口穿于拉杆上，并沿拉杆自由滑动；所述配重调节机构通过锁紧螺母与用于测量向心力的力传感器相连，所述力传感器的下方设置有用于测量挡光时间的光电门传感器，所述力传感器与光电门传感器分别与安装在二者之间的PCB板通讯连接。

2.根据权利要求1所述的无线向心力实验装置，其特征在于：所述壳体呈T型，其中心底部设有轴承，所述轴承与固定于底座上部的支撑杆活动连接。

3.根据权利要求2所述的无线向心力实验装置，其特征在于：所述轴承与支撑杆的连接处分别设有对应的通孔，所述通孔内穿有调节把手，通过旋转调节把手使轴承带动实验器本体转动。

4.根据权利要求3所述的无线向心力实验装置，其特征在于：所述实验器本体在机身中间两侧分别设置有纵向水平泡与横向水平泡，所述实验器本体具有横向位置及竖直位置，当实验器本体处于横向位置时，当不放重物时可以通过横向水平泡来判定是否水平，可调手柄可改变实验器旋转方向，当实验器竖直时，可用纵向水平泡来判定是否竖直。

5.根据权利要求1所述的无线向心力实验装置，其特征在于：所述壳体的外表面丝印有刻度尺。

6.根据权利要求1所述的无线向心力实验装置，其特征在于：所述配重块由铜锤与安装于铜锤顶部的固定螺钉组成，所述铜锤的中心线可与刻度尺配合使用，读出示数。

7.根据权利要求6所述的无线向心力实验装置，其特征在于：所述铜锤的规格至少为三种，分别为20g、30g和50g。

8.根据权利要求1所述的无线向心力实验装置，其特征在于：所述光电门传感器内部设有感应挡光时间的光电探头及通过被挡光时间来计算角速度的码盘。

9.根据权利要求2所述的无线向心力实验装置，其特征在于：所述支撑杆的外部套接有用于防滑的把套。