專利名稱：一種向心力實驗演示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種向心力實驗演示裝置，屬于物理教學(xué)演示領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前的中學(xué)物理教學(xué)中存在很多難點，這些難點對于學(xué)生來說理解上存在困難， 其主要原因就是過于抽象，在沒有生動實驗或現(xiàn)實展示的基礎(chǔ)上，單純的將其中的物理規(guī)律或物理公式硬邦邦的塞給學(xué)生，學(xué)生很難接受，即使被迫接受了也不能留下深刻印象，最多只能做到只知表象，不究原理，從而難于在實際中理解并應(yīng)用。這其中的一個難點就是向心力，向心力的公式是或m 2r，其中的m為進行圓
周運動的物體的質(zhì)量，r為半徑，ν為線速度，ω為角速度，老師在講到這一章節(jié)內(nèi)容的時候，由于缺乏相應(yīng)的演示裝置，往往是簡單的將該公式直接告訴學(xué)生，這就是向心力公式， 學(xué)生也只能是在不理解的情況下被迫接受，這樣授課的效果可以想象，與我們所倡導(dǎo)的素質(zhì)教育，快樂教育是完全背道而馳的，最終的結(jié)果就是老師費了很大力氣，結(jié)果學(xué)生還是沒有搞明白，本發(fā)明正是針對于此而提出了一種簡單，生動，形象的向心力演示實驗，通過該實驗，能讓學(xué)生們真實的看到向心力與質(zhì)量，半徑和速度三者的關(guān)系，從而讓學(xué)生很快的理解并記住向心力的公式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種向心力演示實驗裝置，包括電動機(1)，與電動機機械連接的轉(zhuǎn)軸(2)，轉(zhuǎn)軸(2)在電動機的帶動下轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)軸(2)上水平設(shè)置有轉(zhuǎn)盤 (3)，轉(zhuǎn)盤(3)與轉(zhuǎn)軸(2)固定在一起，轉(zhuǎn)軸(2)帶動轉(zhuǎn)盤(3)進行轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)盤(3)的上表面上設(shè)置有向心力測量單元(4)，所述測量單元(4)包括容置圓周運動物體的箱體和設(shè)置在箱體的一側(cè)壁上的用于測量所述圓周運動物體的向心力的壓力傳感器(5)，所述壓力傳感器(5)和電動機⑴分別與控制器(9)連接，控制器9包括控制電路和顯示器，顯示器用于顯示所述圓周運動物體的圓周運動中的參數(shù)。優(yōu)選的，所述測量單元⑷包括多個，該多個測量單元⑷中至少有兩個設(shè)置距轉(zhuǎn)軸相等的半徑上，至少有兩個設(shè)置距轉(zhuǎn)軸不等的半徑上，并且設(shè)置距轉(zhuǎn)軸相等的半徑上所述至少兩個測量單元可容置不同質(zhì)量的圓周運動物體，設(shè)置在距轉(zhuǎn)軸不等的半徑上的所述至少兩個測量單元可容置相同質(zhì)量的圓周運動物體。優(yōu)選的，所述箱體為正方體，所述圓周運動物體為球體，并且都為不銹鋼材料制作并且表面打磨光滑。優(yōu)選的，所述壓力傳感器(5)與控制器(9)之間通過無線方式連接。優(yōu)選的，所述壓力傳感器(5)與控制器(9)之間通過有線連接，壓力觸感器(5)通過導(dǎo)線(7)和電刷與信號連接器(8)連接，信號連接器(8)通過導(dǎo)線與控制器(9)連接。優(yōu)選的，所述參數(shù)包括圓周運動物體的質(zhì)量，角速度，半徑和向心力。優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)軸⑵為空心柱體。
優(yōu)選的，所述圓周運動物體上標(biāo)注有自身質(zhì)量。

優(yōu)選的，所述不同的質(zhì)量為整數(shù)倍關(guān)系，所述不等的半徑為整數(shù)倍關(guān)系。優(yōu)選的，所述所述側(cè)壁為箱體的與轉(zhuǎn)盤(3)的徑向垂直的并且遠離轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁， 并且箱體的與所述側(cè)壁相對的一側(cè)沒有設(shè)置側(cè)壁或者設(shè)置有可打開與閉合的側(cè)壁。


附圖1是本發(fā)明向心力實驗演示裝置示意圖；附圖2是本發(fā)明向心力實驗演示裝置中向心力測力部的示意圖；附圖3是本發(fā)明向心力實驗演示裝置中向心力測力部在沒有放置圓周運動物體時沿轉(zhuǎn)盤徑向向外看過去的示意圖；附圖4和附圖5是本發(fā)明向心力實驗演示裝置中向心力測力部在放置有圓周運動物體(分別為平行六面體和球體)時沿轉(zhuǎn)盤徑向向外看過去的示意圖；附圖6是本發(fā)明向心力實驗演示裝置中向心力測力部的電信號使用導(dǎo)線連接情況示意圖。
具體實施例方式下面將在結(jié)合附圖的基礎(chǔ)上詳細描述本發(fā)明的向心力實驗演示裝置，該裝置包括電動機1，與電動機機械連接的轉(zhuǎn)軸2，轉(zhuǎn)軸2在電動機的帶動下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸2可以實心柱體或空心柱體，如果壓力傳感器的電信號傳輸采用導(dǎo)線傳輸，則轉(zhuǎn)軸2就是空心柱體，以供其中的導(dǎo)線7在其中穿過。在轉(zhuǎn)軸2上水平設(shè)置有轉(zhuǎn)盤3，轉(zhuǎn)盤3與轉(zhuǎn)軸2固定在一起， 轉(zhuǎn)軸2帶動轉(zhuǎn)盤3進行轉(zhuǎn)動。其中轉(zhuǎn)軸2穿過轉(zhuǎn)盤3的圓心，在轉(zhuǎn)盤3的上表面上設(shè)置有多個向心力測量單元4，至少為三個，其中多個向心力測量單元4可大小不同，可位于不同長度的半徑上，也即其中有的測量單元4中可以放置質(zhì)量較大的圓周運動物體，有的則可以放置質(zhì)量較小的圓周運動物體，優(yōu)選在同一長度的半徑上設(shè)置有至少兩個可放置不同質(zhì)量的圓周運動物體的測量單元4，而在不同長度的半徑上則設(shè)置有至少兩個可放置相同質(zhì)量的圓周運動物體的測量單元4。測量單元4包括容置圓周運動物體的箱體和設(shè)置在箱體的一側(cè)的用于測量容置在箱體內(nèi)的圓周運動物體的向心力的壓力傳感器5，如附圖2所示，其中壓力傳感器5位于箱體的與轉(zhuǎn)盤3的徑向垂直的并且遠離轉(zhuǎn)盤圓心的側(cè)壁上，沿著轉(zhuǎn)盤 3的徑向向遠離圓心的方向看過去時，如附圖3所示，其中壓力傳感器的一端進入到測量單元的箱體內(nèi)，用于接觸放置在箱體內(nèi)的圓周運動物體，在附圖3中，外側(cè)的大正方形表示測量單元的箱體，內(nèi)側(cè)的小矩形表示進入箱體內(nèi)的壓力傳感器。其中箱體只具有五個側(cè)壁，在設(shè)置有壓力傳感器的相對側(cè)上沒有側(cè)壁，也即是一個具有開口的箱體，以便于在箱體內(nèi)放置圓周運動的物體，當(dāng)然，箱體也不必是開口的，而是在設(shè)置有壓力傳感器的側(cè)壁的相對側(cè)上設(shè)置有一個可以打開和閉合的側(cè)壁，當(dāng)需要放置圓周運動物體時將該側(cè)壁打開即可。壓力傳感器與信號連接裝置8連接，信號連接裝置8與電動機1則分別與控制器9連接?？刂破?包括控制電路和顯示器。由控制器9可控制電動機1的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速實時顯示在顯示器上，顯示在顯示器上的轉(zhuǎn)速為角速度。其中壓力傳感器5與信號連接裝置8之間的連接可以無線或有線的方式，附圖6示出了一種有線的連接方式，為了示出的方便，在附圖 6中將轉(zhuǎn)軸進行了放大，并且在轉(zhuǎn)盤3上只示出了壓力傳感器5，使用導(dǎo)線7將壓力傳感器5連接，導(dǎo)線7沿轉(zhuǎn)盤的上表面或下表面通過轉(zhuǎn)軸2中的孔進入并固定到轉(zhuǎn)軸2內(nèi)的空腔內(nèi)，轉(zhuǎn)軸2為空心柱體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)線7在轉(zhuǎn)軸2內(nèi)向上延伸，在轉(zhuǎn)軸2的頂端設(shè)置有旋轉(zhuǎn)電刷， 旋轉(zhuǎn)電刷與信號連接裝置8連接，這樣就可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的導(dǎo)線與固定的信號連接裝置 8之間的電連接。當(dāng)然，也可以無線連接裝置，該無線連接裝置包括位于壓力傳感器5上或者位于轉(zhuǎn)軸2頂端的信號發(fā)射裝置，還包括位于信號連接裝置8上或者位于控制器上的信號接收裝置，從而將壓力傳感器所感測到的壓力值(也即向心力)傳導(dǎo)到控制器上 并顯示在顯示器上。附圖6中雖然只示出了一個壓力傳感器的連接，但是這僅僅是為了簡單說明的圖示，其中轉(zhuǎn)盤上的每個壓力傳感器均是與控制器9具有無線或有線的信號連接。在進行演示實驗時，在箱體內(nèi)放置進行圓周運動的物體，該圓周運動的物體可以是與箱體相似的形狀，如附圖4所示，外側(cè)的正方形表示箱體，內(nèi)側(cè)與箱體緊貼在一起的是一個正方形的圓周運動物體，圓周運動物體還可以是一個球體，如附圖5所示，外側(cè)的正方形表示箱體，內(nèi)側(cè)與箱體相切的是一個球形的圓周運動物體，其中圓周運動物體的形狀并不限于上述兩種情況，還可以是其他的形狀，為了保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，圓周運動的物體與箱體之間應(yīng)當(dāng)不具有摩擦力，所以圓周運動的物體與箱體接觸的側(cè)壁應(yīng)當(dāng)盡可能打磨光滑，所以箱體和圓周運動物體最好都采用打磨光滑的不銹鋼材料，而由于球形與正方形接觸的面積僅局限于相切處，從而可進一步降低摩擦力，所以圓周運動物體優(yōu)選采用球形，而箱體采用正方形。當(dāng)把球形或六面體形狀的圓周運動物體放置到箱體內(nèi)后，位于側(cè)壁上的壓力傳感器正好抵觸在圓周運動物體側(cè)面的中心點上，當(dāng)圓周運動物體隨轉(zhuǎn)盤3 —起轉(zhuǎn)動起來后，圓周運動物體的向心力全部由壓力傳感器的支持力來提供，而壓力傳感器正好能夠測量出該支持力，并通過有線或無線的方式傳輸?shù)娇刂破?中。其中的圓周運動物體包括多個質(zhì)量的物體，其中每個物體上都標(biāo)注了其本身的質(zhì)量，這類似于天平秤的砝碼。在進行演示實驗的過程中，控制器9的顯示器上至少會顯示每個圓周運動物體的向心力和質(zhì)量，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度，以及每個圓周運動物體所處位置處的半徑長度，也即箱體位置處的半徑長度。為了實驗簡單直觀，圓周運動物體的質(zhì)量之間優(yōu)選設(shè)置為整數(shù)倍關(guān)系，比如說， 一個圓周運動物體的質(zhì)量是50g，那么與它質(zhì)量不同的圓周運動物體可以設(shè)置為IOOg或 150g，而轉(zhuǎn)盤3上向心力測量單元的設(shè)置位置處的半徑之間的關(guān)系也優(yōu)選設(shè)置為整數(shù)倍關(guān)系，比如說一個測量單元設(shè)置在距離轉(zhuǎn)軸IOcm的位置處，則與它半徑不同的測量單元優(yōu)選設(shè)置在20cm或30cm處。下面來簡單說明一下使用該裝置進行實驗演示的過程，分三步分別沿演示向心力與各因素之間的關(guān)系，首先演示向心力與角速度之間的關(guān)系，在向心力測量單元內(nèi)放置進行圓周運動的球體，然后使用電動機帶到轉(zhuǎn)盤3轉(zhuǎn)動，此過程中可不斷增加電動機的轉(zhuǎn)速， 學(xué)生可以從顯示器上看到隨著電動機轉(zhuǎn)速的不斷增加，進行圓周圓周運動的球體的向心力也在不斷的增加，并且通過幾個角速度下的向心力值推算出向心力與角速度的平方成線性關(guān)系。接下來演示向心力與質(zhì)量之間的關(guān)系，在處于相等半徑長度的2個測量單元的箱體內(nèi)分別放置質(zhì)量不同的球體，優(yōu)選一個是另外一個的2倍，學(xué)生會從顯示器上看到兩個球體所受到的向心力也是2倍的關(guān)系，則驗證了向心力與質(zhì)量是線性關(guān)系。最后演示向心力與半徑之間的關(guān)系，在處于不同半徑的測量單元的箱體內(nèi)分別放置質(zhì)量相同的球體，優(yōu)選一個箱體的半徑為另外一個箱體的2倍，學(xué)生會從顯示器上看到兩個球體在相同的轉(zhuǎn)速下所受到的向心力也是2倍關(guān)系，從而驗證了向心力與半徑的關(guān) 系。
權(quán)利要求
1.一種向心力演示實驗裝置，包括電動機(1)，與電動機機械連接的轉(zhuǎn)軸(2)，轉(zhuǎn)軸(2) 在電動機的帶動下轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)軸(2)上水平設(shè)置有轉(zhuǎn)盤(3)，轉(zhuǎn)盤(3)與轉(zhuǎn)軸(2)固定在一起，轉(zhuǎn)軸(2)帶動轉(zhuǎn)盤(3)進行轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)盤(3)的上表面上設(shè)置有向心力測量單元(4)，所述測量單元(4)包括容置圓周運動物體的箱體和設(shè)置在箱體的一側(cè)壁上的用于測量所述圓周運動物體的向心力的壓力傳感器(5)，所述壓力傳感器(5)和電動機(1)分別與控制器 (9)連接，控制器9包括控制電路和顯示器，顯示器用于顯示所述圓周運動物體的圓周運動中的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述測量單元⑷包括多個，該多個測量單元⑷中至少有兩個設(shè)置距轉(zhuǎn)軸相等的半徑上，至少有兩個設(shè)置距轉(zhuǎn)軸不等的半徑上，并且設(shè)置距轉(zhuǎn)軸相等的半徑上所述至少兩個測量單元可容置不同質(zhì)量的圓周運動物體，設(shè)置在距轉(zhuǎn)軸不等的半徑上的所述至少兩個測量單元可容置相同質(zhì)量的圓周運動物體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，所述箱體為正方體，所述圓周運動物體為球體，并且都為不銹鋼材料制作并且表面打磨光滑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，所述壓力傳感器(5)與控制器(9)之間通過無線方式連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，所述壓力傳感器(5)與控制器(9)之間通過有線連接，壓力觸感器(5)通過導(dǎo)線(7)和電刷與信號連接器(8)連接，信號連接器(8)通過導(dǎo)線與控制器(9)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，所述參數(shù)包括圓周運動物體的質(zhì)量，角速度，半徑和向心力。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，所述轉(zhuǎn)軸(2)為空心柱體。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，所述圓周運動物體上標(biāo)注有自身質(zhì)量。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，所述不同的質(zhì)量為整數(shù)倍關(guān)系，所述不等的半徑為整數(shù)倍關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，所述所述側(cè)壁為箱體的與轉(zhuǎn)盤(3)的徑向垂直的并且遠離轉(zhuǎn)軸的側(cè)壁，并且箱體的與所述側(cè)壁相對的一側(cè)沒有設(shè)置側(cè)壁或者設(shè)置有可打開與閉合的側(cè)壁。
全文摘要
一種向心力演示實驗裝置，包括電動機(1)，與電動機機械連接的轉(zhuǎn)軸(2)，轉(zhuǎn)軸(2)在電動機的帶動下轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)軸(2)上水平設(shè)置有轉(zhuǎn)盤(3)，轉(zhuǎn)盤(3)與轉(zhuǎn)軸(2)固定在一起，轉(zhuǎn)軸(2)帶動轉(zhuǎn)盤(3)進行轉(zhuǎn)動，在轉(zhuǎn)盤(3)的上表面上設(shè)置有向心力測量單元(4)，所述測量單元(4)包括容置圓周運動物體的箱體和設(shè)置在箱體的一側(cè)壁上的用于測量所述圓周運動物體的向心力的壓力傳感器(5)，所述壓力傳感器(5)和電動機(1)分別與控制器(9)連接，控制器(9)包括控制電路和顯示器，顯示器用于顯示所述圓周運動物體的圓周運動中的參數(shù)。
文檔編號G09B23/10GK102222433SQ201110162750
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者葉歆 申請人:葉歆