專利名稱：向心力實(shí)驗(yàn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，具體說(shuō)是涉及一種中學(xué)物理教學(xué)中關(guān)于驗(yàn)證向心力公式的實(shí)驗(yàn)儀器。
驗(yàn)證向心力公式實(shí)驗(yàn)，是高中物理教學(xué)中必做的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，且為定量實(shí)驗(yàn)。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JY0331-93向心力實(shí)驗(yàn)器》規(guī)定，綜合實(shí)驗(yàn)相對(duì)誤差平均值不大于5％。
根據(jù)向心力公式F＝Rmω2＝4π2Rm/T2，只要設(shè)法測(cè)出被研究物體的質(zhì)量m，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑R，和物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度ω或周期T。在以上三種物理量的測(cè)量中質(zhì)量m和半徑R均可借助現(xiàn)有手段測(cè)出，并能達(dá)到精度要求。而周期T的測(cè)量是多年來(lái)國(guó)內(nèi)同類實(shí)驗(yàn)手段中一直未能有效解決的一個(gè)難題。
已知對(duì)向心力實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的研究，如中國(guó)專利實(shí)用新型CN8720033U公開(kāi)的向心力實(shí)驗(yàn)器，它由機(jī)體上安裝帶有膠輪的旋轉(zhuǎn)軸，其上分別設(shè)有凹形橫梁和帶有配重的配重桿，在凹形橫梁上裝有裝載研究物體的小車，并帶有記錄筆，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制膠輪旋轉(zhuǎn)，利用改變電機(jī)輸入電壓的大小來(lái)改變研究物體的轉(zhuǎn)速。此技術(shù)相對(duì)于手動(dòng)驅(qū)動(dòng)的向心力實(shí)驗(yàn)方法更為先進(jìn)，但也存在一些問(wèn)題，如采用微電機(jī)測(cè)速裝置，即在電動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪上加裝直流小電機(jī)，將轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，用伏特表讀出，此方法實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，測(cè)量直觀性和分組實(shí)驗(yàn)一致性差，加上測(cè)速電機(jī)參數(shù)不盡一致，轉(zhuǎn)速信號(hào)與電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換并非線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)成功率低。轉(zhuǎn)速測(cè)量難以達(dá)到精度要求，影響驗(yàn)證向心力公式準(zhǔn)確性的另一關(guān)鍵因素，是被研究物體(即重錘)與橫梁間存在摩擦力。而上述技術(shù)是將重錘做成四輪小車，安裝在凹形軌道橫梁上移動(dòng)，一方面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)直觀性差；另一方面被研究物體的重心與其幾何中心不一致，實(shí)驗(yàn)誤差大。
本實(shí)用新型的目的是為解決上述技術(shù)存在的問(wèn)題，而提供一種設(shè)計(jì)合理，操作簡(jiǎn)便、直觀性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)誤差小的向心力實(shí)驗(yàn)器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是這樣來(lái)完成的向心力實(shí)驗(yàn)器，包括機(jī)體及其內(nèi)設(shè)的微電機(jī)，通過(guò)主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)帶有立柱的從動(dòng)輪，由立柱上依次設(shè)置的橫桿、彈簧拉桿和導(dǎo)向桿，橫桿的一側(cè)裝有可調(diào)節(jié)的平衡錘，構(gòu)成同一轉(zhuǎn)動(dòng)體，使重錘與拉桿間由彈簧連接，與橫桿平行對(duì)應(yīng)的機(jī)體上設(shè)有半徑標(biāo)尺和音響指示機(jī)構(gòu)，所述的從動(dòng)輪下部安裝一碰撞鈕與機(jī)體上對(duì)應(yīng)于橫桿、導(dǎo)向桿和立柱同一垂直平面中心線位置設(shè)有的微動(dòng)開(kāi)關(guān)配合，將被研究物體每轉(zhuǎn)動(dòng)一周碰撞一次的機(jī)械信號(hào)傳遞給機(jī)體面板上設(shè)置的數(shù)字計(jì)時(shí)器一個(gè)啟動(dòng)或停止信號(hào)，實(shí)現(xiàn)同步計(jì)時(shí)；由圓柱形重錘的垂直對(duì)稱面上設(shè)置兩個(gè)槽形滾輪分別位于橫桿的上方和導(dǎo)向桿的下方構(gòu)成。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)1、利用重錘做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的機(jī)械同步信號(hào)作為計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)和停止信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字記憶顯示，計(jì)時(shí)分辨率為0.01秒。計(jì)時(shí)誤差不大于1％，具有計(jì)時(shí)準(zhǔn)確、直觀、實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，分組實(shí)驗(yàn)一致性好。
2、保證了被研究物體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，方便、準(zhǔn)確地自動(dòng)測(cè)出被研究物的轉(zhuǎn)動(dòng)周期。
3、采用在圓柱形重錘對(duì)稱面上加裝兩個(gè)微型滑輪，保證了橫桿對(duì)重錘的支撐力與重錘重力相互平衡，被研究物體的重心與其幾何中心一致，大大減少了摩擦力，提高了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。
4、向心力實(shí)驗(yàn)器綜合實(shí)驗(yàn)誤差平均值小于3％。


圖1為向心力實(shí)驗(yàn)器的整體結(jié)構(gòu)視圖。
結(jié)合所給附圖實(shí)施例對(duì)本新型作具體的描述。
由圖1所示，向心力實(shí)驗(yàn)器由機(jī)體1及其機(jī)殼內(nèi)設(shè)置的微電機(jī)12，通過(guò)設(shè)置的主動(dòng)輪13與帶有立柱1的從動(dòng)輪17配合，由立柱1上依次設(shè)置橫桿2、彈簧拉桿3和導(dǎo)向桿8，橫桿2上設(shè)可調(diào)節(jié)的平衡錘18，拉桿3與重錘5間連接一彈簧4，為減少重錘5相對(duì)于橫桿2和導(dǎo)向桿8上位移時(shí)摩擦力，由圓柱形重錘5上的對(duì)稱面上設(shè)置兩個(gè)槽形滾輪6分別位于橫桿2的上方和導(dǎo)向桿8的下方構(gòu)成同一轉(zhuǎn)動(dòng)體，且由與橫桿2平行對(duì)應(yīng)的機(jī)體11上端面設(shè)置可水平位移的音響指示機(jī)構(gòu)9和固定設(shè)置的半徑標(biāo)尺10；由從動(dòng)輪17下部安裝一碰撞鈕14與機(jī)體11上對(duì)應(yīng)于橫桿2、導(dǎo)向桿8和立柱1同一垂直平面中心線位置設(shè)有的微動(dòng)開(kāi)關(guān)16配合，微動(dòng)開(kāi)關(guān)16通過(guò)導(dǎo)線連接固定于機(jī)體11面板上的數(shù)字計(jì)時(shí)器15，還包括機(jī)體11面板上分別設(shè)置接線柱、電源、工作指示燈、電源開(kāi)關(guān)、計(jì)時(shí)開(kāi)關(guān)和調(diào)速旋鈕。
工作狀態(tài)時(shí)，由直流電機(jī)12通過(guò)主動(dòng)輪13驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪17，時(shí)時(shí)帶動(dòng)立柱1及其上的橫桿2和導(dǎo)向桿8連同重錘5及本體上的配重7作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由于離心力的作用重錘5作圓周運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，也沿著橫桿2和導(dǎo)向桿8上發(fā)生位移運(yùn)動(dòng)，重錘5每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，通過(guò)從動(dòng)輪17下部的碰撞鈕14與微動(dòng)開(kāi)關(guān)16碰撞一次，將被研究物體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的機(jī)械信號(hào)傳遞給數(shù)字計(jì)時(shí)器15一個(gè)開(kāi)始或停止信號(hào)，直接讀數(shù)，實(shí)現(xiàn)同步計(jì)時(shí)，而重錘5重心處的指示針對(duì)應(yīng)音響指示機(jī)構(gòu)9上的凹孔從半徑標(biāo)尺上自動(dòng)記錄出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的半徑。
實(shí)驗(yàn)例驗(yàn)證向心力公式的物理實(shí)驗(yàn)，被研究物體質(zhì)量(包括滾輪)0.152千克，轉(zhuǎn)動(dòng)周期0.62秒、轉(zhuǎn)動(dòng)半徑0.110米，則向心力理論值為1.717牛頓。實(shí)際測(cè)量向心力值為1.75牛頓。實(shí)際值與理論值相對(duì)誤差為1.88％。
權(quán)利要求1.向心力實(shí)驗(yàn)器，包括機(jī)體及其內(nèi)設(shè)的微電機(jī)，通過(guò)主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)帶有立柱的從動(dòng)輪，由立柱上依次設(shè)置橫桿、彈簧拉桿和導(dǎo)向桿，橫桿的一側(cè)裝有可調(diào)節(jié)的平衡錘，構(gòu)成同一轉(zhuǎn)動(dòng)體，使重錘與拉桿間由彈簧連接，與橫桿平行對(duì)應(yīng)的機(jī)體上設(shè)有半徑標(biāo)尺和音響指示機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的從動(dòng)輪(17)下部安裝一碰撞鈕(14)與機(jī)體(11)對(duì)應(yīng)于橫桿(2)、導(dǎo)向桿(8)和立柱(1)同一垂直平面中心線位置設(shè)有微動(dòng)開(kāi)關(guān)(16)配合，將被研究物體每轉(zhuǎn)動(dòng)一周碰撞一次的機(jī)械信號(hào)傳遞給機(jī)體(11)面板上設(shè)置的數(shù)字計(jì)時(shí)器(15)一個(gè)啟動(dòng)或停止信號(hào)，實(shí)現(xiàn)同步計(jì)時(shí)；由圓柱形重錘(5)的垂直對(duì)稱面上設(shè)置兩個(gè)槽形滾輪(6)分別位于橫桿(2)的上方和導(dǎo)向桿(8)的下方構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種向心力實(shí)驗(yàn)器,包括機(jī)體及其內(nèi)設(shè)的微電機(jī),通過(guò)主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)帶有立柱的從動(dòng)輪,由立柱上依次設(shè)有橫桿、彈簧拉桿和導(dǎo)向桿,通過(guò)其上的重錘配合構(gòu)成同一轉(zhuǎn)動(dòng)體,與橫桿平行對(duì)應(yīng)的機(jī)體設(shè)有半徑標(biāo)尺和音響機(jī)構(gòu),由從動(dòng)輪上設(shè)置的碰撞鈕與微動(dòng)開(kāi)關(guān)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周碰撞一次,給數(shù)字計(jì)時(shí)器一個(gè)啟動(dòng)或停止信號(hào),實(shí)現(xiàn)同步計(jì)時(shí)。具有能自動(dòng)記錄運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的半徑,向心力的大小,直接讀出轉(zhuǎn)速,而且操作簡(jiǎn)單、省時(shí)的特點(diǎn),綜合實(shí)驗(yàn)誤差平均值小于3%。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2373853SQ99212948
公開(kāi)日2000年4月12日 申請(qǐng)日期1999年6月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月10日
發(fā)明者劉貴毅 申請(qǐng)人:劉貴毅