專(zhuān)利名稱(chēng)：力的合成分解實(shí)驗(yàn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種研究力的合成與分解的實(shí)驗(yàn)器，屬于教學(xué)實(shí)驗(yàn)用具技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在力的合成與分解實(shí)驗(yàn)中，多數(shù)實(shí)驗(yàn)器材是利用彈簧測(cè)力計(jì)配合力矩盤(pán)完成力的
合成與分解實(shí)驗(yàn)，這種器材精密度不高，從操作至讀數(shù)再分析計(jì)算靠人工完成，致使操作復(fù) 雜，實(shí)驗(yàn)效率不高。 隨著數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的發(fā)展，出現(xiàn)了利用力傳感器自動(dòng)顯示分力大小的實(shí)驗(yàn)器 材，如中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)CN201004281公開(kāi)的《斜面上力的分解實(shí)驗(yàn)器》，該斜面上力的分解實(shí) 驗(yàn)器包括角度刻度尺、底座、支架、重物承臺(tái)和力傳感器，角度刻度尺固定安裝在底座上，支 架一端鉸接在底座上，另一端連接在角度刻度尺上，力傳感器的應(yīng)變計(jì)安裝在支架上，重物 承臺(tái)安裝在力傳感器的應(yīng)變計(jì)上。這種實(shí)驗(yàn)器操作使用簡(jiǎn)單，能夠自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，靈敏度較 高，誤差小，在一定程度上提高了實(shí)驗(yàn)精度和實(shí)驗(yàn)效率，但由于角度的測(cè)量仍需人工讀數(shù)及 輸入，導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確，影響了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)用效果。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有力的合成與分解實(shí)驗(yàn)技術(shù)存在的讀數(shù)不準(zhǔn)確、效果差的問(wèn)
題，提供一種讀數(shù)準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)效果好的力的合成分解實(shí)驗(yàn)器。 本實(shí)用新型的力的合成分解實(shí)驗(yàn)器采用以下技術(shù)解決方案 該力的合成分解實(shí)驗(yàn)器包括兩只力傳感器、兩只角度傳感器、刻度盤(pán)、支座、支撐 柱和支撐桿，支撐柱的下端與支座連接，刻度盤(pán)安裝在支撐柱上，兩只角度傳感器均安裝在 刻度盤(pán)的背面，兩個(gè)支撐桿分別與一只角度傳感器的角度測(cè)量元件鉸接，兩個(gè)支撐桿上均 設(shè)有位于刻度盤(pán)正面的指針， 一個(gè)支撐桿上安裝有一個(gè)力傳感器。 力傳感器采用中國(guó)專(zhuān)利CN3406708公開(kāi)的外觀結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有掛鉤或T型滾軸。力 傳感器也可以采用其他形式，如彈簧測(cè)力計(jì)等。 角度傳感器采用現(xiàn)有的角度測(cè)量原理，通過(guò)角度測(cè)量元件(如電位器)感知角度
變化，通過(guò)電路將角度的變化信號(hào)放大，轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并輸出角度值。 本實(shí)用新型進(jìn)行力的合成實(shí)驗(yàn)和力的分解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程如下 力的合成實(shí)驗(yàn)兩只力傳感器和兩只角度傳感器分別與外部的數(shù)據(jù)采集器連接，
將兩只力傳感器的掛鉤指向刻度盤(pán)的圓心，在掛鉤上各拴一線繩，兩線繩的另一端在刻度
盤(pán)的圓心處打結(jié)拴在一起，于兩線繩的正下方引出另一線繩并掛一已知質(zhì)量的物塊，當(dāng)轉(zhuǎn)
動(dòng)調(diào)節(jié)兩個(gè)支撐桿時(shí)，兩只力傳感器和兩只角度傳感器將同時(shí)檢測(cè)到相應(yīng)的力數(shù)值和角度
值，由數(shù)據(jù)采集器采集實(shí)驗(yàn)測(cè)得的角度值和力數(shù)值后在計(jì)算機(jī)軟件里自動(dòng)顯示并保存，利
用計(jì)算機(jī)軟件里數(shù)據(jù)處理等功能進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而驗(yàn)證共點(diǎn)力的合成定則。 力的分解實(shí)驗(yàn)兩只力傳感器和兩只角度傳感器分別連接外部的數(shù)據(jù)采集器，調(diào)整支撐桿的固定方向，使兩只力傳感器的掛鉤用T型滾軸代替，用已知質(zhì)量的物塊放在兩 力傳感器的滾軸上，使力傳感器的T型滾軸指向物塊重心的方向，兩只力傳感器和兩只角 度傳感器將同時(shí)檢測(cè)到相應(yīng)的力數(shù)值和角度值，由數(shù)據(jù)采集器采集實(shí)驗(yàn)測(cè)得的角度值和力 數(shù)值后在計(jì)算機(jī)軟件里自動(dòng)顯示并保存，利用計(jì)算機(jī)軟件里數(shù)據(jù)處理等功能進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)，從而驗(yàn)證共點(diǎn)力的分解定則。 本實(shí)用新型通過(guò)力傳感器和角度傳感器自動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)所需的全部數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī) 軟件自動(dòng)顯示并保存分析此數(shù)據(jù)，避免人工讀數(shù)、計(jì)數(shù)和分析不準(zhǔn)確和復(fù)雜的問(wèn)題，并可以 得出任意角度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確、精密度高、操作嚴(yán)謹(jǐn)且簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)效率大幅度提高。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)分解示意圖。 圖2是本實(shí)用新型的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖。 圖3是本實(shí)用新型的正面結(jié)構(gòu)圖。 圖中1、刻度盤(pán)，2、支座，3、支撐柱，4、角度傳感器，5、支架，6、指針，7、指針，8、固 定塊，9、固定塊，10、固定柱，11、支撐桿，12、力傳感器，13、掛鉤，14、 T型滾軸，15、角度測(cè)量 元件，16、線繩，17、物塊。
具體實(shí)施方式實(shí)施例 如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型力的合成分解實(shí)驗(yàn)器主要由支座2、支撐柱3、 兩只角度傳感器4、兩個(gè)支撐桿11和兩個(gè)力傳感器12組成。支撐柱3的下端通過(guò)螺紋連接 在三腳的支座2上，刻度盤(pán)1安裝在支撐柱3的上部，刻度盤(pán)1的背面通過(guò)螺釘安裝有支架 5。兩個(gè)角度傳感器4上均設(shè)有固定插孔，通過(guò)螺釘固定在支架5上。角度傳感器4上的角 度測(cè)量元件15采用電位器，電位器上帶有轉(zhuǎn)軸。兩個(gè)角度傳感器4上的角度測(cè)量元件15 位于在支架5的兩側(cè)。兩個(gè)支撐桿11的下端分別設(shè)有固定塊8和固定塊9，并分別通過(guò)固 定塊8和固定塊9與兩個(gè)角度傳感器4上的角度測(cè)量元件15鉸接(如安裝在電位器轉(zhuǎn)軸 上)，支撐桿11可繞角度測(cè)量元件15轉(zhuǎn)動(dòng)(參見(jiàn)圖2)。支撐桿11上設(shè)有固定柱10。力傳 感器12采用中國(guó)專(zhuān)利CN3406708公開(kāi)的外觀結(jié)構(gòu)，其上設(shè)有固定插孔，兩個(gè)力傳感器12通 過(guò)其上的固定插孔各自安裝在一個(gè)支撐桿11上的固定柱10上。力傳感器12上通過(guò)螺紋 可以安裝掛鉤13，也可以安裝T型滾軸14。通過(guò)改變固定柱10在支撐桿11上的位置，可 以調(diào)整力傳感器12在支撐桿11上的位置。兩個(gè)支撐桿11上分別固定有指針6和指針7， 兩個(gè)指針標(biāo)定在刻度盤(pán)1的正面上。力傳感器也可以采用彈簧測(cè)力計(jì)等。 力傳感器12隨支撐桿11的轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生位置變化，同時(shí)兩個(gè)支撐桿11旋轉(zhuǎn)的角度 變化等同轉(zhuǎn)化為角度傳感器4上角度測(cè)量元件15角度的變化，即角度傳感器4自動(dòng)測(cè)得的 角度值等同于支撐桿11的變化角度值。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)支撐桿11的位置獲得所需要的任意角度 值和力值，同時(shí)指針6和指針7分別與兩個(gè)支撐桿11固定并同時(shí)標(biāo)定在刻度盤(pán)上1上。通 過(guò)指針6和7標(biāo)定在刻度盤(pán)1上的位置可直觀的觀察出實(shí)驗(yàn)時(shí)的兩個(gè)角度值。 本實(shí)用新型進(jìn)行力的合成實(shí)驗(yàn)的過(guò)程如下所述 兩只力傳感器12和兩只角度傳感器4分別與外部的數(shù)據(jù)采集器連接。如圖3所
4示，將兩只力傳感器12的掛鉤13指向刻度盤(pán)1的圓心，在掛鉤13上分別栓一線繩16，兩線 繩的另一端在刻度盤(pán)1的圓心處打結(jié)栓在一起，于正下方引出另一線繩并掛一已知質(zhì)量的 物塊17，當(dāng)調(diào)節(jié)兩個(gè)支撐桿11時(shí)，兩只力傳感器12和兩只角度傳感器4可以同時(shí)檢測(cè)到相 應(yīng)的力數(shù)值和角度值，同時(shí)可以通過(guò)指針6和指針7標(biāo)定在刻度盤(pán)1上的位置直觀的觀察 出實(shí)驗(yàn)時(shí)的兩個(gè)角度值。由數(shù)據(jù)采集器采集此數(shù)據(jù)后在計(jì)算機(jī)軟件里自動(dòng)顯示和保存，已 知質(zhì)量的物塊重量值即合力理論值，由兩個(gè)分力值和對(duì)應(yīng)的角度值并可利用計(jì)算機(jī)軟件數(shù) 據(jù)處理功能得出合力值，合力理論值與測(cè)得計(jì)算出的合力值通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件數(shù)據(jù)處理功能 進(jìn)行分析比較，二者數(shù)值接近乃至相等，從而驗(yàn)證共點(diǎn)力的合成定則。 本實(shí)用新型進(jìn)行力的分解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程如下所述 兩只力傳感器12和兩只角度傳感器4分別連接外部的數(shù)據(jù)采集器，調(diào)整支撐桿11 的固定方向，兩只力傳感器12的掛鉤13用T型滾軸14替換，用已知質(zhì)量的物塊17放在兩 力傳感器12的T型滾軸14上，同時(shí)使力傳感器上的T型滾軸14指向物塊的重心方向，兩 只力傳感器12和兩只角度傳感器4可以同時(shí)檢測(cè)到相應(yīng)的力數(shù)值和角度值，由數(shù)據(jù)采集器 采集實(shí)驗(yàn)測(cè)得的角度值和力數(shù)值后在計(jì)算機(jī)軟件里自動(dòng)顯示和保存，已知兩個(gè)分力理論值 即兩只力傳感器自動(dòng)測(cè)得值，由對(duì)應(yīng)的兩個(gè)角度值和已知質(zhì)量的物塊合力值可利用計(jì)算機(jī) 軟件計(jì)算公式得出兩個(gè)分力值，分力理論值與測(cè)得計(jì)算出的分力值通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算表 格或繪圖功能進(jìn)行分析比較，對(duì)應(yīng)二組數(shù)值接近乃至相等，從而驗(yàn)證共點(diǎn)力的分解定則。
權(quán)利要求一種力的合成分解實(shí)驗(yàn)器，包括兩只力傳感器、兩只角度傳感器、刻度盤(pán)、支座、支撐柱和支撐桿，其特征是支撐柱的下端與支座連接，刻度盤(pán)安裝在支撐柱上，兩只角度傳感器均安裝在刻度盤(pán)的背面，兩個(gè)支撐桿分別與一只角度傳感器的角度測(cè)量元件鉸接，兩個(gè)支撐桿上均設(shè)有位于刻度盤(pán)正面的指針，一個(gè)支撐桿上安裝有一個(gè)力傳感器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供了一種力的合成分解實(shí)驗(yàn)器，該力的合成分解實(shí)驗(yàn)器包括兩只力傳感器、兩只角度傳感器、刻度盤(pán)、支座、支撐柱和支撐桿，支撐柱的下端與支座連接，刻度盤(pán)安裝在支撐柱上，兩只角度傳感器均安裝在刻度盤(pán)的背面，兩個(gè)支撐桿分別與一只角度傳感器的角度測(cè)量元件鉸接，兩個(gè)支撐桿上均設(shè)有位于刻度盤(pán)正面的指針，一個(gè)支撐桿上安裝有一個(gè)力傳感器。本實(shí)用新型通過(guò)力傳感器和角度傳感器自動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)所需的全部數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)顯示并保存分析此數(shù)據(jù)，避免人工讀數(shù)、計(jì)數(shù)和分析不準(zhǔn)確和復(fù)雜的問(wèn)題，并可以得出任意角度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)數(shù)準(zhǔn)確、精密度高、操作嚴(yán)謹(jǐn)且簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)效率大幅度提高。
文檔編號(hào)G01L1/00GK201514715SQ200920226468
公開(kāi)日2010年6月23日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者馮容士, 李鼎, 陳開(kāi)云 申請(qǐng)人:山東省遠(yuǎn)大網(wǎng)絡(luò)多媒體股份有限公司