本實(shí)用新型涉及一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，屬于教學(xué)儀器的技術(shù)領(lǐng)域，特別適合在物理教學(xué)課堂上作實(shí)驗(yàn)演示用，它能幫助學(xué)生正確理解質(zhì)點(diǎn)作圓周運(yùn)動的向心力現(xiàn)象和規(guī)律。

背景技術(shù)：

我們知道：物體作圓周運(yùn)動應(yīng)具備兩個必要條件：①.它有初速度；②.它受到一個大小不變、方向與速度垂直即指向圓心的作用力（這個指向圓心的作用力即為向心力）。勻速圓周運(yùn)動就是質(zhì)點(diǎn)在相等時間內(nèi)通過相等圓弧長度的一種最簡單的圓周運(yùn)動，物體作勻速圓周運(yùn)動時，雖然它的速度大小（即速率）是不變的，但是速度的方向時刻都在改變，進(jìn)一步地說，它的向心加速度大小是不變的，但是向心加速度的方向時刻都在改變。即是說，勻速圓周運(yùn)動究其本質(zhì)而言是一種變加速運(yùn)動，向心力正是物體作圓周運(yùn)動時受到的改變速度方向的一種指向圓心的作用力，在中學(xué)物理教學(xué)大綱中，向心力公式表述為：

在上述公式中：F為向心力，m為物體的質(zhì)量，a為向心加速度，v為圓周運(yùn)動的速率，R為圓周運(yùn)動的半徑，π為圓周率，T為圓周運(yùn)動的周期。

在中學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐中普遍公為：關(guān)于圓周運(yùn)動的章節(jié)既是一個教學(xué)重點(diǎn)，又是一個教學(xué)難點(diǎn)，老師在課堂上難以清晰明了地講解描述“作圓周運(yùn)動的物體所受到的向心作用力”，學(xué)生也很難認(rèn)識感知“在圓周運(yùn)動過程中存在的向心力現(xiàn)象”，更難以深刻理解向心力物理規(guī)律的知識內(nèi)涵。究其主要原因是：目前，在現(xiàn)行中學(xué)物理教學(xué)中還沒有一種能直觀展示“物體作圓周運(yùn)動時存在向心力現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)教具，也沒有可量化顯示“向心力與質(zhì)量、速率和半徑相關(guān)規(guī)律”的教學(xué)儀器。這已成為制約中學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量的一個瓶頸，這也是長期從事物理教學(xué)科研工作者和教具生產(chǎn)企業(yè)一直都希望解決的一個教學(xué)課題，本實(shí)用新型正是想要解決這個問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的旨在提出一種采用藍(lán)牙通信智能技術(shù)與拉力傳感器技術(shù)相結(jié)合形成新型結(jié)構(gòu)的向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，它能直觀地展示物體作圓周運(yùn)動的向心力現(xiàn)象，可幫助學(xué)生正確理解向心力物理規(guī)律的知識內(nèi)涵，對提高中學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量有明顯效果。

本實(shí)用新型的目的是按照如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板、安裝于基座底板的伺服電機(jī)、轉(zhuǎn)盤和連接于轉(zhuǎn)盤的一組離心導(dǎo)軌，所述的轉(zhuǎn)盤連接配裝于伺服電機(jī)的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板前端的演示操作臺上配裝的帶有藍(lán)牙接收器的控制單元和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤上對應(yīng)離心導(dǎo)軌的位置處配裝有拉力傳感器、藍(lán)牙發(fā)送器，在伺服電機(jī)的輸出軸上安裝遮光板，在基座底板上與遮光板相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)。在轉(zhuǎn)盤上對應(yīng)一組離心導(dǎo)軌的位置處配裝拉力傳感器、藍(lán)牙發(fā)送器，將質(zhì)量為m的鋼球放置于離心導(dǎo)軌內(nèi)半徑為R的位置處并用拉繩固定掛裝于拉力傳感器上，由控制單元發(fā)送指令啟動伺服電機(jī)并通過轉(zhuǎn)盤帶動一組離心導(dǎo)軌按一定速率v轉(zhuǎn)動，鋼球會隨著離心導(dǎo)軌一道轉(zhuǎn)動作圓周運(yùn)動，拉繩對鋼球的拉力即為它作圓周運(yùn)動的向心力，與此同時，拉繩也會對拉力傳感器施以相同的拉力（它在數(shù)值上與向心力相等），再由藍(lán)牙發(fā)送器將拉力傳感器感應(yīng)檢測的拉力信號發(fā)送至控制單元，對射光電開關(guān)將檢測的光電周期T信號輸送至控制單元，經(jīng)控制單元計(jì)算處理后即可在人機(jī)交互界面上顯示出向心力的數(shù)值。

所述的控制單元還包括控制主板、伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源。經(jīng)藍(lán)牙接收器接受到的檢測數(shù)據(jù)通過輸入輸出接口進(jìn)入數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并向人機(jī)交互界面輸出運(yùn)算結(jié)果，通過操作人機(jī)交互界面輸入的指令進(jìn)過主板上的中央處理單元處理，通過輸入輸出接口向伺服控制器發(fā)出控制指令，伺服控制器再控制伺服電機(jī)動作。

所述的人機(jī)交互界面包括鍵盤和LED顯示屏。

所述的轉(zhuǎn)盤由盤軸固定連接安裝于伺服電機(jī)的輸出軸軸端。

在所述離心導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺。

在所述離心導(dǎo)軌的外端設(shè)置有擋板。

所述離心導(dǎo)軌的數(shù)量為四個并按對稱位置固定連接安裝于所述轉(zhuǎn)盤上。

所述演示操作臺上配裝有調(diào)速旋鈕和清零按鍵。

本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)：

一、本實(shí)用新型提供的一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，在一組離心導(dǎo)軌內(nèi)放置用拉繩掛裝于拉力傳感器的鋼球，由藍(lán)牙發(fā)送器將鋼球作圓周運(yùn)動時的拉力信號發(fā)送至控制單元，由對射光電開關(guān)將檢測的光電周期T信號輸入控制單元，即可在人機(jī)交互界面的LED顯示屏上顯示向心力數(shù)值，它能同時按“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量、不同半徑”的方式進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有鮮明的對照可比性，可直觀地演示“向心力物理現(xiàn)象和規(guī)律”、提高課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率，并且這種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀具有結(jié)構(gòu)簡捷、生產(chǎn)容易成本低、智能化程度高、演示直觀趣味性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和教學(xué)效果好的突出優(yōu)點(diǎn)。

二、本實(shí)用新型提供的一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，控制單元包括伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源，便于調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速，及時計(jì)算和處理數(shù)據(jù)并傳遞控制信號及運(yùn)算結(jié)果，并且結(jié)構(gòu)組成簡明，均采用現(xiàn)有技術(shù)常用的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，容易實(shí)現(xiàn)。

三、本實(shí)用新型提供的一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，人機(jī)交互界面包括鍵盤和LED顯示屏，方便于在課堂教學(xué)演示時快速輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的操作；轉(zhuǎn)盤由盤軸固定連接安裝于伺服電機(jī)的輸出軸軸端，方便于轉(zhuǎn)盤的固定連接安裝和拆卸維修作業(yè)的操作；離心導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺，方便快捷準(zhǔn)確地讀取鋼球在離心導(dǎo)軌內(nèi)作圓周運(yùn)動的半徑數(shù)據(jù)；設(shè)置擋板的目的是為了有效防止發(fā)生拉繩被扯斷或鋼球脫鉤時射出傷人的事故，保障課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全；四個離心導(dǎo)軌按對稱位置固定連接安裝于轉(zhuǎn)盤上，能同時進(jìn)行四組“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量且不同半徑”的實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，不僅提高了課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率，還能使四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有很好的對照可比性；演示操作臺上配裝有調(diào)速旋鈕、清零按鍵，能方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和清零的操作。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，也作摘要附圖。

圖2是離心導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)示意圖（放大），展示在離心導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)壁面刻劃半徑標(biāo)示尺和在外端設(shè)置擋板的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是圖1的A—A視圖（放大），展示在離心導(dǎo)軌內(nèi)放置鋼球的實(shí)驗(yàn)示意圖。

圖4是圖1的俯視圖，展示在演示操作臺上設(shè)置控制單元、調(diào)速旋鈕、LED顯示屏和鍵盤的布置示意圖。

圖5是控制單元的工作原理模塊框圖。

附圖中的標(biāo)記說明：

1為基座底板，2為鋼球，3為離心導(dǎo)軌，4為拉繩，5為拉力傳感器，6為藍(lán)牙發(fā)送器，7為轉(zhuǎn)盤，8為盤軸，9為緊固螺母，10為遮光板，11為對射光電開關(guān)，12為電纜，13為伺服電機(jī)，14為螺釘，15為半徑標(biāo)示尺，16為擋板，17為藍(lán)牙接收器，18為控制單元，19為鍵盤，20為清零按鍵，21為電源插頭，22為開關(guān)，23為演示操作臺，24為調(diào)速旋鈕，25為LED顯示屏。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖通過幾個具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，需要說明的是，實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案包括但不限于以下的具體實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖1至圖5，一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板1、安裝于基座底板1的伺服電機(jī)13、轉(zhuǎn)盤7和連接于轉(zhuǎn)盤7的一組離心導(dǎo)軌3，所述的轉(zhuǎn)盤7連接配裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板1前端的演示操作臺23上配裝的帶有藍(lán)牙接收器17的控制單元18和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤7上對應(yīng)離心導(dǎo)軌3的位置處配裝有拉力傳感器5、藍(lán)牙發(fā)送器6，在伺服電機(jī)13的輸出軸上安裝遮光板10，在基座底板1上與遮光板10相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)11。

這是本實(shí)用新型的最基本實(shí)施方案。在一組離心導(dǎo)軌3內(nèi)放置用拉繩掛裝于拉力傳感器5的鋼球，由藍(lán)牙發(fā)送器6將鋼球作圓周運(yùn)動時的拉力信號發(fā)送至控制單元18，由對射光電開關(guān)11將檢測的光電周期T信號輸入控制單元18，即可在人機(jī)交互界面上顯示向心力數(shù)值，它能同時按“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量、不同半徑”的方式進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有鮮明的對照可比性，可直觀地演示“向心力物理現(xiàn)象和規(guī)律”、提高課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率。

實(shí)施例2

如圖1至圖5，一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板1、安裝于基座底板1的伺服電機(jī)13、轉(zhuǎn)盤7和連接于轉(zhuǎn)盤7的一組離心導(dǎo)軌3，所述的轉(zhuǎn)盤7連接配裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板1前端的演示操作臺23上配裝的帶有藍(lán)牙接收器17的控制單元18和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤7上對應(yīng)離心導(dǎo)軌3的位置處配裝有拉力傳感器5、藍(lán)牙發(fā)送器6，在伺服電機(jī)13的輸出軸上安裝遮光板10，在基座底板1上與遮光板10相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)11。

所述的控制單元18還包括控制主板、伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源。

這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。在一組離心導(dǎo)軌3內(nèi)放置用拉繩掛裝于拉力傳感器5的鋼球，由藍(lán)牙發(fā)送器6將鋼球作圓周運(yùn)動時的拉力信號發(fā)送至控制單元18，由對射光電開關(guān)11將檢測的光電周期T信號輸入控制單元18，即可在人機(jī)交互界面上顯示向心力數(shù)值，它能同時按“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量、不同半徑”的方式進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有鮮明的對照可比性，可直觀地演示“向心力物理現(xiàn)象和規(guī)律”、提高課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率；控制單元18包括伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源，便于調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速，及時計(jì)算和處理數(shù)據(jù)并傳遞控制信號及運(yùn)算結(jié)果，并且結(jié)構(gòu)組成簡明，均采用現(xiàn)有技術(shù)常用的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，容易實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施例3

如圖1至圖5，一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板1、安裝于基座底板1的伺服電機(jī)13、轉(zhuǎn)盤7和連接于轉(zhuǎn)盤7的一組離心導(dǎo)軌3，所述的轉(zhuǎn)盤7連接配裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板1前端的演示操作臺23上配裝的帶有藍(lán)牙接收器17的控制單元18和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤7上對應(yīng)離心導(dǎo)軌3的位置處配裝有拉力傳感器5、藍(lán)牙發(fā)送器6，在伺服電機(jī)13的輸出軸上安裝遮光板10，在基座底板1上與遮光板10相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)11。

所述的控制單元18包括控制主板、伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源。

所述的人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25。

這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。在一組離心導(dǎo)軌3內(nèi)放置用拉繩掛裝于拉力傳感器5的鋼球，由藍(lán)牙發(fā)送器6將鋼球作圓周運(yùn)動時的拉力信號發(fā)送至控制單元18，由對射光電開關(guān)11將檢測的光電周期T信號輸入控制單元18，即可在人機(jī)交互界面上顯示向心力數(shù)值，它能同時按“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量、不同半徑”的方式進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有鮮明的對照可比性，可直觀地演示“向心力物理現(xiàn)象和規(guī)律”、提高課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率；控制單元18包括伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源，便于調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速，及時計(jì)算和處理數(shù)據(jù)并傳遞控制信號及運(yùn)算結(jié)果，并且結(jié)構(gòu)組成簡明，均采用現(xiàn)有技術(shù)常用的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，容易實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25，方便于在課堂教學(xué)演示時快速輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的操作。

實(shí)施例4

如圖1至圖5，一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板1、安裝于基座底板1的伺服電機(jī)13、轉(zhuǎn)盤7和連接于轉(zhuǎn)盤7的一組離心導(dǎo)軌3，所述的轉(zhuǎn)盤7連接配裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板1前端的演示操作臺23上配裝的帶有藍(lán)牙接收器17的控制單元18和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤7上對應(yīng)離心導(dǎo)軌3的位置處配裝有拉力傳感器5、藍(lán)牙發(fā)送器6，在伺服電機(jī)13的輸出軸上安裝遮光板10，在基座底板1上與遮光板10相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)11。

所述的控制單元18包括控制主板、伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源。

所述的人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25。

所述的轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端。

這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。在一組離心導(dǎo)軌3內(nèi)放置用拉繩掛裝于拉力傳感器5的鋼球，由藍(lán)牙發(fā)送器6將鋼球作圓周運(yùn)動時的拉力信號發(fā)送至控制單元18，由對射光電開關(guān)11將檢測的光電周期T信號輸入控制單元18，即可在人機(jī)交互界面上顯示向心力數(shù)值，它能同時按“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量、不同半徑”的方式進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有鮮明的對照可比性，可直觀地演示“向心力物理現(xiàn)象和規(guī)律”、提高課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率；控制單元18包括伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源，便于調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速，及時計(jì)算和處理數(shù)據(jù)并傳遞控制信號及運(yùn)算結(jié)果，并且結(jié)構(gòu)組成簡明，均采用現(xiàn)有技術(shù)常用的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，容易實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25，方便于在課堂教學(xué)演示時快速輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的操作；轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，方便于轉(zhuǎn)盤的固定連接安裝和拆卸維修作業(yè)的操作。

實(shí)施例5

一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板1、安裝于基座底板1的伺服電機(jī)13、轉(zhuǎn)盤7和連接于轉(zhuǎn)盤7的一組離心導(dǎo)軌3，所述的轉(zhuǎn)盤7連接配裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板1前端的演示操作臺23上配裝的帶有藍(lán)牙接收器17的控制單元18和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤7上對應(yīng)離心導(dǎo)軌3的位置處配裝有拉力傳感器5、藍(lán)牙發(fā)送器6，在伺服電機(jī)13的輸出軸上安裝遮光板10，在基座底板1上與遮光板10相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)11。

所述的控制單元18包括控制主板、伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源。

所述的人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25。

所述的轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端。

在所述離心導(dǎo)軌3的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺15。

這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。在一組離心導(dǎo)軌3內(nèi)放置用拉繩掛裝于拉力傳感器5的鋼球，由藍(lán)牙發(fā)送器6將鋼球作圓周運(yùn)動時的拉力信號發(fā)送至控制單元18，由對射光電開關(guān)11將檢測的光電周期T信號輸入控制單元18，即可在人機(jī)交互界面上顯示向心力數(shù)值，它能同時按“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量、不同半徑”的方式進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有鮮明的對照可比性，可直觀地演示“向心力物理現(xiàn)象和規(guī)律”、提高課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率；控制單元18包括伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源，便于調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速，及時計(jì)算和處理數(shù)據(jù)并傳遞控制信號及運(yùn)算結(jié)果，并且結(jié)構(gòu)組成簡明，均采用現(xiàn)有技術(shù)常用的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，容易實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25，方便于在課堂教學(xué)演示時快速輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的操作；轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，方便于轉(zhuǎn)盤的固定連接安裝和拆卸維修作業(yè)的操作；離心導(dǎo)軌3的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺15，方便快捷準(zhǔn)確地讀取鋼球在離心導(dǎo)軌內(nèi)作圓周運(yùn)動的半徑數(shù)據(jù)。

實(shí)施例6

如圖1至圖5，一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板1、安裝于基座底板1的伺服電機(jī)13、轉(zhuǎn)盤7和連接于轉(zhuǎn)盤7的一組離心導(dǎo)軌3，所述的轉(zhuǎn)盤7連接配裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板1前端的演示操作臺23上配裝的帶有藍(lán)牙接收器17的控制單元18和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤7上對應(yīng)離心導(dǎo)軌3的位置處配裝有拉力傳感器5、藍(lán)牙發(fā)送器6，在伺服電機(jī)13的輸出軸上安裝遮光板10，在基座底板1上與遮光板10相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)11。

所述的控制單元18包括控制主板、伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源。

所述的人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25。

所述的轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端。

在所述離心導(dǎo)軌3的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺15。

在所述離心導(dǎo)軌3的外端設(shè)置有擋板16。

這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。在一組離心導(dǎo)軌3內(nèi)放置用拉繩掛裝于拉力傳感器5的鋼球，由藍(lán)牙發(fā)送器6將鋼球作圓周運(yùn)動時的拉力信號發(fā)送至控制單元18，由對射光電開關(guān)11將檢測的光電周期T信號輸入控制單元18，即可在人機(jī)交互界面上顯示向心力數(shù)值，它能同時按“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量、不同半徑”的方式進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有鮮明的對照可比性，可直觀地演示“向心力物理現(xiàn)象和規(guī)律”、提高課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率；控制單元18包括伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源，便于調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速，及時計(jì)算和處理數(shù)據(jù)并傳遞控制信號及運(yùn)算結(jié)果，并且結(jié)構(gòu)組成簡明，均采用現(xiàn)有技術(shù)常用的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，容易實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25，方便于在課堂教學(xué)演示時快速輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的操作；轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，方便于轉(zhuǎn)盤的固定連接安裝和拆卸維修作業(yè)的操作；離心導(dǎo)軌3的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺15，方便快捷準(zhǔn)確地讀取鋼球在離心導(dǎo)軌內(nèi)作圓周運(yùn)動的半徑數(shù)據(jù)；設(shè)置擋板16的目的是為了有效防止發(fā)生拉繩被扯斷或鋼球脫鉤時射出傷人的事故，保障課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全。

實(shí)施例7

如圖1至圖5，一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板1、安裝于基座底板1的伺服電機(jī)13、轉(zhuǎn)盤7和連接于轉(zhuǎn)盤7的一組離心導(dǎo)軌3，所述的轉(zhuǎn)盤7連接配裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板1前端的演示操作臺23上配裝的帶有藍(lán)牙接收器17的控制單元18和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤7上對應(yīng)離心導(dǎo)軌3的位置處配裝有拉力傳感器5、藍(lán)牙發(fā)送器6，在伺服電機(jī)13的輸出軸上安裝遮光板10，在基座底板1上與遮光板10相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)11。

所述的控制單元18包括控制主板、伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源。

所述的人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25。

所述的轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端。

在所述離心導(dǎo)軌3的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺15。

在所述離心導(dǎo)軌3的外端設(shè)置有擋板16。

所述離心導(dǎo)軌3的數(shù)量為四個并按對稱位置固定連接安裝于所述轉(zhuǎn)盤7上。

這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。在一組離心導(dǎo)軌3內(nèi)放置用拉繩掛裝于拉力傳感器5的鋼球，由藍(lán)牙發(fā)送器6將鋼球作圓周運(yùn)動時的拉力信號發(fā)送至控制單元18，由對射光電開關(guān)11將檢測的光電周期T信號輸入控制單元18，即可在人機(jī)交互界面上顯示向心力數(shù)值，它能同時按“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量、不同半徑”的方式進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有鮮明的對照可比性，可直觀地演示“向心力物理現(xiàn)象和規(guī)律”、提高課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率；控制單元18包括伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源，便于調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速，及時計(jì)算和處理數(shù)據(jù)并傳遞控制信號及運(yùn)算結(jié)果，并且結(jié)構(gòu)組成簡明，均采用現(xiàn)有技術(shù)常用的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，容易實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25，方便于在課堂教學(xué)演示時快速輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的操作；轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，方便于轉(zhuǎn)盤的固定連接安裝和拆卸維修作業(yè)的操作；離心導(dǎo)軌3的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺15，方便快捷準(zhǔn)確地讀取鋼球在離心導(dǎo)軌內(nèi)作圓周運(yùn)動的半徑數(shù)據(jù)；設(shè)置擋板16的目的是為了有效防止發(fā)生拉繩被扯斷或鋼球脫鉤時射出傷人的事故，保障課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全；四個離心導(dǎo)軌3按對稱位置固定連接安裝于轉(zhuǎn)盤7上，能同時進(jìn)行四組“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量且不同半徑”的實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，不僅提高了課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率，還能使四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有很好的對照可比性。

實(shí)施例8

如圖1至圖5，一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板1、安裝于基座底板1的伺服電機(jī)13、轉(zhuǎn)盤7和連接于轉(zhuǎn)盤7的一組離心導(dǎo)軌3，所述的轉(zhuǎn)盤7連接配裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板1前端的演示操作臺23上配裝的帶有藍(lán)牙接收器17的控制單元18和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤7上對應(yīng)離心導(dǎo)軌3的位置處配裝有拉力傳感器5、藍(lán)牙發(fā)送器6，在伺服電機(jī)13的輸出軸上安裝遮光板10，在基座底板1上與遮光板10相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)11。

所述的控制單元18包括控制主板、伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源。

所述的人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25。

所述的轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端。

在所述離心導(dǎo)軌3的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺15。

在所述離心導(dǎo)軌3的外端設(shè)置有擋板16。

所述離心導(dǎo)軌3的數(shù)量為四個并按對稱位置固定連接安裝于所述轉(zhuǎn)盤7上。

所述演示操作臺23上配裝有調(diào)速旋鈕24和清零按鍵20。

這是本實(shí)用新型的一種優(yōu)選的實(shí)施方案。在一組離心導(dǎo)軌3內(nèi)放置用拉繩掛裝于拉力傳感器5的鋼球，由藍(lán)牙發(fā)送器6將鋼球作圓周運(yùn)動時的拉力信號發(fā)送至控制單元18，由對射光電開關(guān)11將檢測的光電周期T信號輸入控制單元18，即可在人機(jī)交互界面上顯示向心力數(shù)值，它能同時按“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量、不同半徑”的方式進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有鮮明的對照可比性，可直觀地演示“向心力物理現(xiàn)象和規(guī)律”、提高課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率；控制單元18包括伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源，便于調(diào)節(jié)控制轉(zhuǎn)速，及時計(jì)算和處理數(shù)據(jù)并傳遞控制信號及運(yùn)算結(jié)果，并且結(jié)構(gòu)組成簡明，均采用現(xiàn)有技術(shù)常用的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，容易實(shí)現(xiàn)；人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25，方便于在課堂教學(xué)演示時快速輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的操作；轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，方便于轉(zhuǎn)盤的固定連接安裝和拆卸維修作業(yè)的操作；離心導(dǎo)軌3的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺15，方便快捷準(zhǔn)確地讀取鋼球在離心導(dǎo)軌內(nèi)作圓周運(yùn)動的半徑數(shù)據(jù)；設(shè)置擋板16的目的是為了有效防止發(fā)生拉繩被扯斷或鋼球脫鉤時射出傷人的事故，保障課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全；四個離心導(dǎo)軌3按對稱位置固定連接安裝于轉(zhuǎn)盤7上，能同時進(jìn)行四組“不同質(zhì)量”或“不同半徑”或“不同質(zhì)量且不同半徑”的實(shí)驗(yàn)演示教學(xué)，不僅提高了課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)效率，還能使四組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有很好的對照可比性；演示操作臺23上配裝有調(diào)速旋鈕24和清零按鍵20，能方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和清零的操作。

實(shí)施例9

如圖1至圖5，一種向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀，包括基座底板1、安裝于基座底板1的伺服電機(jī)13、轉(zhuǎn)盤7和連接于轉(zhuǎn)盤7的一組離心導(dǎo)軌3，所述的轉(zhuǎn)盤7連接配裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端，其特征在于：還包括基座底板1前端的演示操作臺23上配裝的帶有藍(lán)牙接收器17的控制單元18和人機(jī)交互界面，在轉(zhuǎn)盤7上對應(yīng)離心導(dǎo)軌3的位置處配裝有拉力傳感器5、藍(lán)牙發(fā)送器6，在伺服電機(jī)13的輸出軸上安裝遮光板10，在基座底板1上與遮光板10相對應(yīng)的位置處配裝一組對射光電開關(guān)11。

所述的控制單元18包括控制主板、伺服控制器、數(shù)據(jù)處理器、輸入輸出接口和電源，控制單元18內(nèi)預(yù)置向心力公式：的計(jì)算程序。

所述的人機(jī)交互界面包括鍵盤19和LED顯示屏25。

所述的轉(zhuǎn)盤7由盤軸8固定連接安裝于伺服電機(jī)13的輸出軸軸端。

在所述離心導(dǎo)軌3的內(nèi)側(cè)壁面刻劃設(shè)置有半徑標(biāo)示尺15。

在所述離心導(dǎo)軌3的外端設(shè)置有擋板16。

所述離心導(dǎo)軌3的數(shù)量為四個并按對稱位置固定連接安裝于所述轉(zhuǎn)盤7上。

所述演示操作臺23上配裝有調(diào)速旋鈕24和清零按鍵20。

它是按如下步驟進(jìn)行向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示儀操作的：

第一、首先根據(jù)教學(xué)大綱編制《實(shí)驗(yàn)演示計(jì)劃書》，選取四個不同質(zhì)量的鋼球2并分別記為、、、，將質(zhì)量為、、、的四個鋼球2分別放置于四個離心導(dǎo)軌3內(nèi)并使四個鋼球2均位于相同半徑R的位置處，用拉繩4分別掛裝于與之相對應(yīng)的四個拉力傳感器5上。經(jīng)檢查無誤后，插上電源插頭21，按下開關(guān)22通電，待控制單元18初始化后，在LED顯示屏25上顯示“當(dāng)前日期、時間”，再操作鍵盤19分四組逐項(xiàng)輸入四個鋼球2的質(zhì)量、、、和半徑R的數(shù)值，即完成實(shí)驗(yàn)演示的準(zhǔn)備工作。

第二、實(shí)驗(yàn)演示：轉(zhuǎn)動調(diào)速旋鈕24，由控制單元18通過電纜12向伺服電機(jī)13發(fā)送啟動指令，待伺服電機(jī)13啟動正常后，對射光電開關(guān)11檢測的光電周期T信號由電纜12導(dǎo)入控制單元18中的數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行計(jì)算，并在LED顯示屏25上會顯示“周期T”的數(shù)值，再精確操作調(diào)速旋鈕24調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使“周期T”的數(shù)值達(dá)到《實(shí)驗(yàn)演示計(jì)劃書》的要求，這時，控制單元18會按照預(yù)置的向心力公式的計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算處理，在LED顯示屏25上會分別顯示對應(yīng)鋼球質(zhì)量為、、、和半徑為R的四組“向心力理論值”的數(shù)值，與此同時，在伺服電機(jī)13通過轉(zhuǎn)盤7帶動四個離心導(dǎo)軌3按一定速率v（或者說按調(diào)節(jié)設(shè)定的周期T）轉(zhuǎn)動時，四個鋼球2將隨離心導(dǎo)軌3一道轉(zhuǎn)動作圓周運(yùn)動，拉繩4對鋼球2的拉力即為向心力，拉繩4會同時對拉力傳感器5施以相同的拉力（它在數(shù)值上與向心力相等），四個拉力傳感器5感應(yīng)檢測的拉力信號將分別由四個藍(lán)牙發(fā)送器6發(fā)送至藍(lán)牙接收器17，再經(jīng)控制單元18進(jìn)行處理后即可在LED顯示屏25上對應(yīng)顯示四組“向心力實(shí)驗(yàn)值”的數(shù)值。

第三、對比觀察，指導(dǎo)學(xué)生觀察記錄四組“向心力理論值”和“向心力實(shí)驗(yàn)值”的數(shù)據(jù)并進(jìn)行比較分析，即可發(fā)現(xiàn)每組“向心力實(shí)驗(yàn)值”的數(shù)值都是非常接近于“向心力理論值”的數(shù)值，如排除鋼球2與離心導(dǎo)軌3之間存在靜摩擦力所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)誤差，我們完全可以認(rèn)定，每組“向心力實(shí)驗(yàn)值”的數(shù)值與“向心力理論值”都是相等的。

通過上述實(shí)驗(yàn)演示即可驗(yàn)證：“物體作圓周運(yùn)動的向心力與質(zhì)量成正比”的結(jié)論。

我們還可以再操作調(diào)速旋鈕24將轉(zhuǎn)速增大一倍后繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示作業(yè)，這時，在LED顯示屏25上會顯示出新的“周期T”的數(shù)值，同時，在LED顯示屏25上會分別顯示對應(yīng)鋼球質(zhì)量為、、、和半徑為R的四組新的“向心力理論值”的數(shù)值、新的“向心力實(shí)驗(yàn)值”的數(shù)值。我們觀察到：新的“周期T”的數(shù)值減小為原周期值的二分之一，而新的“向心力理論值”數(shù)值卻增大為原“向心力理論值”的四倍；新的“向心力實(shí)驗(yàn)值”數(shù)值也同樣增大四倍。并且，每組新的“向心力實(shí)驗(yàn)值”的數(shù)值與新的“向心力理論值”仍是相等的。

至此，通過上述實(shí)驗(yàn)演示也可驗(yàn)證：“物體作圓周運(yùn)動的向心力與周期的平方成反比”的結(jié)論。

同理，我們也可以采用四個相同質(zhì)量為m的鋼球2放置于四個離心導(dǎo)軌3內(nèi)并使四個鋼球2分別位于不同半徑的位置處，將四個相同質(zhì)量的鋼球2位于不同位置的半徑分別記為、、、，再用拉繩4分別掛裝于與之相對應(yīng)的四個拉力傳感器5上。

按照上述實(shí)驗(yàn)演示步驟進(jìn)行同樣的操作，我們同樣可以觀察到在LED顯示屏25上會顯示出：四個相同質(zhì)量的鋼球2在不同半徑位置作圓周運(yùn)動的四組“向心力理論值”和“向心力實(shí)驗(yàn)值”的數(shù)據(jù)，進(jìn)行比較分析后，我們同樣發(fā)現(xiàn)：每組“向心力實(shí)驗(yàn)值”數(shù)值與“向心力理論值”都是相等的。

至此，通過上述實(shí)驗(yàn)演示也可完美地驗(yàn)證：“物體作圓周運(yùn)動的向心力與半徑成正比”的結(jié)論。

最后按下清零按鍵20進(jìn)行清零操作,即可結(jié)束演示實(shí)驗(yàn)。