CN209343609U - 一种物理教学向心力演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种物理教学向心力演示装置，包括电子台称，所述电子台秤上固定安装有支撑架，所述支撑架通过电机座安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端通过旋转轴安装有U型旋转轨道，所述U型旋转轨道的内部底面设置有滑槽，所述滑槽上套装有夹紧装置，所述夹紧装置内套装有质量小球，所述质量小球与夹紧装置的接触部位安装有压力感应器，所述U型旋转轨道的下方还安装有测速仪，本实用新型的器材操作简便，原理直观；简化了实验的步骤，更有利于学生掌握向心力与其相关的变量之间的关系；在U型旋转轨道上设置了多个可以固定质量小球的夹紧装置，缓解旋转臂上的钢球产生的离心现象，减小向心力测量的偏差。

Description

一种物理教学向心力演示装置

技术领域

本实用新型涉及教学演示装置领域，具体为一种物理教学向心力演示装置。

背景技术

人教版必修2“圆周运动”一章是高中物理曲线运动的教学难点，而其中的向心力知识更是非常重要的知识点，同时也是教学难点。为了突出物理学科以实验为基础的特点，增强学生对向心力公式的感性认识，通常在课堂上会运用到作为实验器材的向心力演示装置。但是，现有的物理教学向心力的演示装置存在以下缺陷：

传统的向心力实验装置一般在旋臂转动时，旋转臂上的钢球产生离心现象，沿半径方向移动，改变了半径及动力臂值，测出来的向心力有偏差；实验的演示装置通常需要进行多组实验才能得出向心力与半径、线速度和质量的关系，费时费力。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本实用新型提供一种物理教学向心力演示装置，能有效的解决背景技术提出的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种物理教学向心力演示装置，包括电子台秤，所述电子台秤上固定安装有支撑架，所述支撑架通过电机座安装有伺服电机，所述伺服电机的输出端通过旋转轴安装有U型旋转轨道，所述U型旋转轨道的内部底面设置有滑槽，所述滑槽上套装有夹紧装置，所述夹紧装置内套装有质量小球，所述质量小球与夹紧装置的接触部位安装有压力感应器，所述U型旋转轨道的下方还安装有测速仪。

进一步地，所述夹紧装置包括滑动限位座，所述滑动限位座嵌套在所述滑槽的内部，位于所述滑槽延伸方向的所述滑动限位座上表面的两端均通过连接板安装有圆弧限位板，两个所述圆弧限位板的内侧均通过压缩弹簧连接有夹紧圆弧板，所述质量小球嵌套在朝向相对的两个所述夹紧圆弧板之间。

进一步地，所述旋转轴与U型旋转轨道之间设置有平衡座，所述平衡座套装在所述旋转轴的顶端，所述U型旋转轨道固定安装在所述平衡座的上方。

进一步地，所述滑动限位座和U型旋转轨道之间连接有固定装置。

进一步地，所述电机座与所述支撑架的支撑平台之间通过螺栓螺母固定连接。

进一步地，两个所述夹紧圆弧板的内壁均设有防滑垫层。

进一步地，平行于所述U型旋转轨道的侧壁设置有距离刻度线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的器材不仅能测量出向心力、而且操作简便，原理直观，性能可靠，适合演示实验及学生分组实验。简化了实验的步骤，更有利于学生掌握向心力与其相关的变量之间的关系；在U型旋转轨道上设置了多个可以固定质量小球的夹紧装置，缓解旋转臂上的钢球产生的离心现象，减小向心力测量的偏差。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的图1中A的剖面结构示意图；

图3为本实用新型的图1中A的俯视结构示意图。

图中标号：

1-电子台秤；2-支撑架；3-电机座；4-伺服电机；5-U型旋转轨道；6-滑槽；7-夹紧装置；8-质量小球；9-压力感应器；10-旋转轴；11-平衡座；12-螺栓螺母；13-距离刻度线；14-测速仪；

701-滑动限位座；702-连接板；703-圆弧限位板；704-压缩弹簧；705-夹紧圆弧板；706-固定装置；707-防滑垫层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种物理教学向心力演示装置，包括用于称取质量的电子台秤1，电子台秤1上固定安装有用于承载机构的支撑架2，支撑架2通过电机座3安装有伺服电机4，电机座3与支撑架2的支撑平台之间通过螺栓螺母12固定连接，伺服电机4安装在支撑架2的下方。伺服电机4的输出端通过旋转轴10安装有U型旋转轨道5，从而能使U型旋转轨道5被伺服电机4驱动旋转。优选的，旋转轴10与U型旋转轨道5之间设置有平衡座11，平衡座11套装在旋转轴10的顶端，U型旋转轨道5固定安装在平衡座11的上方。平衡座11有利于U型旋转轨道5更加稳固的安装在旋转轴10的上端，从而使其在旋转的过程中保持水平。

平行于U型旋转轨道5的侧壁设置有用于测量距离的距离刻度线13。U型旋转轨道5的内部底面设置有滑槽6，滑槽6上套装有夹紧装置7，夹紧装置7内套装有质量小球8，质量小球8与夹紧装置7的接触部位安装有用于检测质量小球所受向心力的压力感应器9。所述U型旋转轨道5的下方还安装有测速仪14。

夹紧装置7包括滑动限位座701，滑动限位座701和U型旋转轨道5之间连接有固定装置706。优选的，固定装置706可以为螺栓螺母结构。滑动限位座701嵌套在滑槽6的内部，可以在滑槽6内滑动，位于滑槽6延伸方向的滑动限位座701上表面的两端均通过连接板702安装有圆弧限位板703，两个圆弧限位板703的内侧均通过压缩弹簧704连接有夹紧圆弧板705，这样夹紧装置7中就可以夹持不同直径的质量小球8。质量小球8嵌套在朝向相对的两个夹紧圆弧板705之间。为了防止小球在旋转的过程中从夹紧圆弧板705之间脱落，在两个夹紧圆弧板705的内壁均设有防滑垫层707。

作为优选的实施方式，用向心力演示装置探讨向心力大小与什么因素有关。采用控制变量法，由电子台秤1称取质量小球8的质量，由测速仪14测量旋转速度，由距离刻度线13测算质量小球8的旋转半径。

操作方法：

（1）将两个质量不同的质量小球8分别放置于U型旋转轨道5两侧的夹紧装置7中，调节质量小球8到距离旋转中心的距离刻度线13上相同的位置，从而保障了两个小球旋转的半径相同。然后在伺服电机4的驱动作用下，质量小球8在U型旋转轨道5上旋转，质量小球8对夹紧圆弧板705形成挤压，将此种压力通过压缩弹簧704传递至圆弧限位板703内侧的压力感应器9上，测得两个质量不同的质量小球8所受的向心力大小，从而可以比较在角速度以及旋转半径相同的情况下，质量与向心力之间的关系；

（2）将两个质量相同的质量小球8（M1，M2）分别放置于U型旋转轨道5两侧的夹紧装置7中，调节质量小球8到距离旋转中心的距离刻度线13不同的位置，从而使两个质量小球8的旋转半径不同。然后在让伺服电机4以第一转速旋转，质量小球8在U型旋转轨道5上旋转，质量小球8对夹紧圆弧板705形成挤压，将此种压力通过压缩弹簧704传递至圆弧限位板703内侧的压力感应器9上，测得质量小球8（M1）的向心力F1，测得质量小球8（M2）的向心力F2；然后让让伺服电机4以第二转速旋转，测得质量小球8（M1）的向心力F3，测得质量小球8（M2）的向心力F4。从而可以比较在质量小球8（M1，M2）的质量以及旋转速度相同的情况下，旋转半径与向心力之间的关系；在两次质量小球8（M1）或在质量小球8（M2）的质量以及旋转半径相同时，比较向心力（F1、F3）或向心力（F2、F4），从而得出旋转半径与向心力之间的关系。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种物理教学向心力演示装置，其特征在于：包括电子台秤（1），所述电子台秤（1）上固定安装有支撑架（2），所述支撑架（2）通过电机座（3）安装有伺服电机（4），所述伺服电机（4）的输出端通过旋转轴（10）安装有U型旋转轨道（5），所述U型旋转轨道（5）的内部底面设置有滑槽（6），所述滑槽（6）上套装有夹紧装置（7），所述夹紧装置（7）内套装有质量小球（8），所述质量小球（8）与夹紧装置（7）的接触部位安装有压力感应器（9），所述U型旋转轨道（5）的下方还安装有测速仪（14）。

2.根据权利要求1所述的一种物理教学向心力演示装置，其特征在于：所述夹紧装置（7）包括滑动限位座（701），所述滑动限位座（701）嵌套在所述滑槽（6）的内部，位于所述滑槽（6）延伸方向的所述滑动限位座（701）上表面的两端均通过连接板（702）安装有圆弧限位板（703），两个所述圆弧限位板（703）的内侧均通过压缩弹簧（704）连接有夹紧圆弧板（705），所述质量小球（8）嵌套在朝向相对的两个所述夹紧圆弧板（705）之间。

3.根据权利要求1所述的一种物理教学向心力演示装置，其特征在于：所述旋转轴（10）与U型旋转轨道（5）之间设置有平衡座（11），所述平衡座（11）套装在所述旋转轴（10）的顶端，所述U型旋转轨道（5）固定安装在所述平衡座（11）的上方。

4.根据权利要求2所述的一种物理教学向心力演示装置，其特征在于：所述滑动限位座（701）和U型旋转轨道（5）之间连接有固定装置（706）。

5.根据权利要求1所述的一种物理教学向心力演示装置，其特征在于：所述电机座（3）与所述支撑架（2）的支撑平台之间通过螺栓螺母（12）固定连接。

6.根据权利要求2所述的一种物理教学向心力演示装置，其特征在于：两个所述夹紧圆弧板（705）的内壁均设有防滑垫层（707）。

7.根据权利要求1所述的一种物理教学向心力演示装置，其特征在于：平行于所述U型旋转轨道（5）的侧壁设置有距离刻度线（13）。