CN209297578U - 一种向心力实验装置 - Google Patents

Abstract

一种向心力实验装置，涉及一种中学物理教学与实验仪器。该实验装置包括支架、固定螺丝、弹簧秤、转盘、定滑轮、转轴、空槽、摆线、摆球、电动机、遮光片、计时器、调平螺丝、调速开关、总开关、光电门和水平仪等部分，整个实验装置作为一个整体使用。

Description

一种向心力实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种中学物理教学与实验仪器，尤其涉及一种向心力实验装置。

背景技术

在高中《物理》必修2（人教版）的“向心力”一节中，验证向心力表达式的实验是圆锥摆，圆锥摆实验对于学生理解过于抽象，在实际操作中存在明显的不足，首先是用手带动小球，很难使小球沿纸上的某个圆周运动，小球在水平面上大多做椭圆运动；然后小球在做圆周运动时，与纸面间存在一定的距离，无法确定究竟在哪个圆周上运动，测量的半径与小球实际运动的半径误差很大；还有圆锥摆的运动时间和圈数靠学生用秒表和肉眼来测量判断，实验误差较大，学生只能是在不理解的情况下被迫接受实验结论，这样授课的效果不是很理想。

发明内容

为了快速并直观地演示向心力实验，克服以上的不足，使实验的直观性和可靠性增强，本实用新型提供一种向心力实验装置，涉及一种中学物理教学与实验仪器。该实验装置包括支架、固定螺丝、弹簧秤、转盘、定滑轮、转轴、空槽、摆线、摆球、电动机、遮光片、计时器、调平螺丝、调速开关、总开关、光电门和水平仪等部分，整个实验装置作为一个整体使用。

按照本实用新型所提供的设计方案，该实验装置的摆球运动由原来的手动控制变为电动机控制，摆球的水平运动轨迹更接近标准圆，使摆球运动更加稳定，更容易读出力的大小，摆球的运动时间及运动的圈数也由人工测量转为计时器自动测量，实验误差大大减小。本实用新型解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。

1、该实验装置主要由支架、弹簧秤、转盘、定滑轮、转轴、摆线、摆球、电动机、遮光片、计时器、调平螺丝、调速开关、总开关、光电门和水平仪等组成，其中四个定滑轮对称固定在转轴上部的两边，两长两短，其位置与摆线方向相切，摆线固定在转盘直径两端，沿竖直方向绕过定滑轮与摆球相连，遮光片固定在转轴下部，由电动机带动转轴提供主动力，带动摆球转动，从而带动转盘转动。

2、该实验装置所述的定滑轮、转盘、摆球、摆线都关于转轴的中心轴保持两边对称。

3、该实验装置中所述的弹簧秤用固定螺丝固定在支架的顶板上，弹簧秤的刻度盘左边是弹力刻度，右边是长度刻度，两边刻度的零刻线在同一位置。

4、该实验装置所述的弹簧秤的挂钩固定在转盘中间的轴承盖上，转盘转动轴承盖不转动，弹簧称的挂钩只能在摆线的作用下沿上下方向移动。

5、该实验装置所述的转轴中间有一与摆线位置相近的空槽，便于用刻度尺从空槽中穿过来测量两摆线间的距离。

6、该实验装置所述的总开关、调速开关和电动机都固定安装在支架的中层隔板上，计时器、光电门和水平仪都固定安装在支架的底板上。

本实用新型的有益效果是该实验装置成本低廉、操作简单，演示向心力实验效果明显，误差小。在实验过程中摆球的质量m保持不变，按照本实用新型所提供的设计方案，需要进行动态测量的遮光次数、遮光时间通过计时器自动进行测量，转动时摆线对摆球的拉力和弹簧秤的指针位置示数则是在固定不动的弹簧秤的刻度盘上直接读数。该实验采取动态静化的实验读数方式，降低了实验数据获得的难度，提高了实验的可操作性，整个实验的原理和实验过程跟教材上的实验差别不大，简单易操作，学生参与性强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明，其中图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型的静态测量示意图；图（3）为本实用新型的动态测量示意图。

具体实施方式

本实用新型提出了一种向心力实验装置，能比较快捷、直观地演示向心力实验，从而迅速得出实验结果。

本实用新型的结构示意图如图1所示，该装置包括支架（1）、固定螺丝（2）、弹簧秤（3）、转盘（4）、定滑轮（5）、转轴（6）、空槽（7）、摆线（8）、摆球（9）、电动机（10）、遮光片（11）、计时器（12）、调平螺丝（13）、调速开关（14）、总开关（15）、光电门（16）、水平仪（17）等部分，其中四个定滑轮（5）对称固定在转轴（6）上部的两边，两长两短，其位置与摆线方向相切，摆线（8）固定在转盘（4）直径两端，沿竖直方向绕过定滑轮（5）与摆球（9）相连，遮光片（11）固定在转轴（6）下部，由电动机（10）带动转轴（6）提供主动力，带动摆球（9）转动，从而带动转盘（4）转动；定滑轮（5）、转盘（4）、摆球（9）、摆线（8）都关于转轴（6）的中心轴保持两边对称；弹簧秤（3）用固定螺丝固定在支架（1）的顶板上，弹簧秤（3）的刻度盘左边是弹力刻度，右边是长度刻度，两边刻度的零刻线在同一位置；转盘（4）的中间是滚珠轴承，非常光滑，弹簧秤（3）的挂钩固定在转盘（4）中间的轴承盖上，转盘（4）转动轴承盖不转动，弹簧称（3）的挂钩只能在摆线（8）的作用下沿上下方向移动；转轴（6）中间有一与摆线（8）位置相近的空槽（7），便于用刻度尺从空槽（7）中穿过来测量两摆线间的距离；电动机（10）、调速开关（14）和总开关（15）都固定安装在支架（1）的中层隔板上，计时器（12）、光电门（16）和水平仪（17）都固定安装在支架（1）的底板上。

在本实施例中，首先，调节调平螺丝，观察水平仪，使整个装置处于平衡状态，取下两个摆球，把弹簧称的指针调至零刻线的位置；然后把摆球挂在摆线上，等静止后，如图2所示，记录弹簧秤刻度盘上的弹力的示数和长度示数，用刻度尺测出静止时摆长(粗略测量只要测出摆线长即可，若要精确测量则要加上摆球的半径r)，再用刻度尺穿过转轴（6）的空槽（7）测出两根摆线的距离，根据力的合成知识，球的重力与弹力的关系为，则。

从低档开始缓慢启动电动机，让摆球和整个转盘一起逆时针转动，调节调速器，逐渐加速至转盘转动平稳时，同时打开计时器及光电门电路，这时弹簧秤的指针示数也稳定，记录遮光片的遮光次数和对应的总遮光时间，此时摆球转动的周期为，则角速度；同时记录弹簧秤的指针所示弹力示数和长度示数，如图3所示，此时弹簧秤的弹簧伸长量，摆线对摆球的拉力，摆球所受的合力，则，利用几何数学可计算出摆球的运动半径，把摆球的运动半径R和角速度代入向心力公式就能快速计算出向心力。

调节调速器，重复几次上述的实验过程，比较每次的合力和向心力的大小，就能顺利得出实验结论。

在实验过程中摆球的质量m保持不变，需要测量并记录的、、和都是静态测量；需要进行动态测量的有N、t、和，其中N和t是通过计时器自动进行测量，和则是在改装的弹簧秤的刻度盘上直接读数，也相当于静态测量，所以实验误差很小。

Claims (5)

1.一种向心力实验装置，其特征在于该实验装置包括支架、弹簧秤、转盘、定滑轮、转轴、摆线、摆球、电动机、遮光片、计时器、调平螺丝、调速开关、总开关、光电门和水平仪等部分，其中四个定滑轮对称固定在转轴上部的两边，两长两短，其位置与摆线方向相切，摆线固定在转盘直径两端，沿竖直方向绕过定滑轮与摆球相连，遮光片固定在转轴下部，由电动机带动转轴提供主动力，带动遮光片和摆球转动，从而带动转盘转动。

2.根据权利要求1所述的一种向心力实验装置，其特征在于所述的定滑轮、转盘、摆球、摆线都关于转轴的中心轴保持两边对称。

3.根据权利要求1所述的一种向心力实验装置，其特征在于所述的弹簧秤用固定螺丝固定在支架的顶板上，弹簧秤的刻度盘左边是弹力刻度，右边是长度刻度，两边刻度的零刻线在同一位置。

4.根据权利要求1所述的一种向心力实验装置，其特征在于所述的弹簧秤的挂钩固定在转盘中间的轴承盖上，转盘动轴承盖不动，弹簧称的挂钩只能在摆线的作用下沿上下方向移动。

5.根据权利要求1所述的一种向心力实验装置，其特征在于所述的转轴中间有一与摆线位置相近的空槽，便于用刻度尺从空槽中穿过来测量两摆线间的距离。