技术领域
背景技术
[0002] 物理教学过程中，需要用到多种力学演示实验装置，如
向心力演示仪、重力
加速度测量装置、
摩擦力测量装置、拉力测量、物体称重等各种仪器设备。因此，实验室需要配备多种仪器设备，不仅占用空间，而且购买多套设备的
费用较高。目前并没有一种集多种实验装置于一体，结构简单，操作方便且成本低的力学实验装置。
发明内容
[0003] 针对上述
现有技术的不足，本发明提供了一种集多种实验装置于一体，结构简单，操作方便且成本低的多功能力学实验装置。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多功能力学实验装置，它包括底座、操作
控制器、
电机、转臂和
钢球，所述电机设置在底座上，电机驱动连接一根竖直设置的
转轴，所述转轴的上端设置转臂，在所述转臂上设置有拉力测量模
块，所述操作控制器上设置有电机速率调节按钮和电机启停按钮；
[0005] 所述拉力测量模块内设置有卷绕电机和拉力测量轮，所述卷绕电机的输出端连接卷绕轮，所述拉力测量轮位于所述卷绕轮的后方，一根拉线固定在所述卷绕轮上，所述拉线绕过所述拉力测量轮从所述拉力测量模块伸出后连接一个连接头，所述钢球上设置有与所述连接头对应的连接点；在所述操作控制器上设置有用于显示拉力测量轮的拉力值以及电机转速的显示屏；
[0006] 所述转臂上表面设置有刻度；所述转臂上表面设置有用于插入摩擦板的插槽；
[0007] 所述转臂和转轴铰接连接，在铰接连接处设置有
锁紧旋钮；
[0008] 所述转臂的后端竖直设置有通孔，在所述通孔的一个
侧壁上设置有光电
传感器，与所述
光电传感器对应的侧壁上设置有缺口；一根透明塑料带可穿过所述通孔，所述透明塑料带被等间距设置的黑线条分割成若干距离段；在所述操作控制器上设置有用于记录光电传感器检测到两个相邻所述黑线条的间隔时间的显示屏。
[0009] 进一步的，所述用于记录光电传感器检测到两个相邻所述黑线条的间隔时间的显示屏包括数字表格和位于数字表格下方的时间显示屏，所述数字表格中的数字为所述塑料带上的距离段的标号。
[0010] 进一步的，在所述拉力测量模块上设置有称重盘，在所述操作控制器上设置有称重显示器。
[0011] 进一步的，所述拉力测量轮包括轮体、安装架和拉力传感器，所述轮体通过转轴设置在安装架上，所述安装架的后端与所述拉力传感器固定连接。
[0012] 进一步的，在所述底座的前端设置有斜向上的杆体，所述操作控制器固定在所述杆体上。
[0013] 进一步的，所述连接头为
螺栓，所述连接点为与所述螺栓配合的
螺纹孔；在所述连接头的栓帽上设置有弧形通孔。
[0014] 本发明的有益效果是：它集成了向心力演示装置、摩擦力测量装置、称重装置以及
重力加速度等装置于一体，结构简单，操作方便且成本低。
[0015] 通过巧妙的布置卷绕电机和拉力测量轮，实现了测量向心力和摩擦力的拉力测量装置共用，而且，转臂设计了可插入摩擦板结构，在测量摩擦力时可以根据需要更换不同摩擦力的
滑板。
[0016] 在转臂后端设置有光电传感器，采用本发明设计的透明塑料带可以用于实验计算重力加速度，在操作控制器上设置有每个距离短的时间显示屏，可以直观读出运动该距离短的时间；该方法相对于利用打点计时器测量重力加速度具有方便快捷，且数据直观的优点。
[0017] 在拉力测量模块上设置有称重盘，可以便捷称量钢球以及其他小物体的
质量，提高了实验操作的便利性。
[0018] 转臂和转轴铰接连接，可以将转臂竖直放置，利用拉力测量模块测量测量拉力及物体称重，实现了一机多用。
附图说明
[0019] 附图1为本发明的整体结构示意图；
[0020] 附图2为图1中局部A的放大图；
[0021] 附图3为本发明的侧视结构示意图；
[0022] 附图4为本发明利用拉力测量模块测量物体重力的使用状态示意图；
[0023] 附图5为本发明测量摩擦力的使用状态示意图；
[0024] 附图6为本发明的转臂剖视结构示意图；
[0025] 附图7为本发明测量物体重力加速度时的使用状态示意图；
[0026] 附图8为本发明的透明塑料带示意图；
[0027] 附图9为本发明的锁紧旋钮41安装示意图；
[0028] 附图10为本发明的拉力测量模块结构示意图；
[0029] 附图11为本发明的拉力测量轮安装示意图；
[0030] 图中，底座1、
轴承座11、杆体12、操作控制器2、显示屏21、电机3、转臂4、锁紧旋钮41、
耳孔板42、
螺纹孔421、刻度43、插槽44、凹槽45、通孔46、缺口47、钢球5、转轴6、传动带轮
61、轴承62、连接板63、拉力测量模块7、拉力测量轮71、卷绕轮72、连接头73、S型挂钩731、弧形通孔732、安装架74、拉力传感器75、称重盘76、拉线77、摩擦板8、光电传感器9、透明塑料带10、黑线条101、距离段102。
具体实施方式
[0031] 为了更好的理解本发明，下面结合附图来详细解释本发明的实施方式。
[0032] 如附图1至附图11所示，本发明包括底座1、操作控制器2、电机3、转臂4和钢球5。如图3所示，所述电机3竖直设置在底座1上，在底座1上竖直设置一根转轴6，在转轴6的底部设置有传动带轮61，电机3的输出端通过传动带连接转轴6下方的传动带轮61，底座1上设置轴承座11，转轴6的下部通过位于轴承座11内的轴承62设置在底座1上。所述转轴6的上端铰接连接转臂4，通过铰接连接，转臂4可以以铰接连接点为中心上下转动，如图1中所示，在铰接连接处设置有锁紧旋钮41，如图9所示，在转臂4下端有两个耳孔板42，转轴6上端设置有位于两个耳孔板42之间的连接板63，锁紧旋钮41为一个螺栓，在一个耳孔板42上设置有螺纹孔421，螺栓依次穿过耳孔板42、连接板63的通孔后进入另一个耳孔板的螺纹孔421中，当然，两个耳孔板42为弹性塑料制成，在旋拧锁紧旋钮41时可以被
挤压变形，压紧连接板63实现锁定。通过锁紧旋钮41可以将转臂4固定在某个
角度。在所述转臂4上设置有拉力测量模块7，所述操作控制器2上设置有电机3的速率调节按钮、电机3的启停按钮以及卷绕电机的正反转按钮。在所述底座1的前端设置有斜向上的杆体12，所述操作控制器2固定在所述杆体12上。电机3、卷绕电机、拉力传感器75、
电子称的传感器以及光电传感器9分别电连接所述操作控制器2，操作控制器2上设置有各种按钮，用于操作电机3、卷绕电机等的动作，并显示各种数值参数。在电机3上设置有转速测量模块，转速测量模块为现有技术，可以是计数传感器测量电机
输出轴的转速，也可以采用脉冲发生线路模拟结构，转速测量模块与操作控制器2连接，在操作控制器2上显示转速。对于操作控制器2上的显示屏，可以采用一整块LCD
液晶屏，各个数值参数分区域显示。或者采用LED数码管显示屏，每个参数值采用一个小显示屏。
[0033] 如图10所示，所述拉力测量模块7内设置有卷绕电机和拉力测量轮71，所述卷绕电机的输出端连接卷绕轮72，所述拉力测量轮71位于所述卷绕轮72的后方，一根拉线77固定在所述卷绕轮72上，所述拉线77绕过所述拉力测量轮71从所述拉力测量模块7伸出后连接一个连接头73，连接头73的结构可以采用挂钩，本发明优选采用如图10中所示的螺栓结构，在所述钢球5上设置有与所述连接头73对应的连接点。如果采用螺栓结构的连接头73，则连接点就是在钢球上设置一个与螺栓配合的螺纹孔，这样与钢球连接时直接将连接头拧入螺纹孔即可。
[0034] 为了在测量物体重力时方便悬挂物体，在螺栓结构的连接头73的栓帽上设置有弧形通孔732，当悬挂物体时，将S型挂钩731的一端穿过弧形通孔732，另一端悬挂物体。在所述操作控制器上设置有用于显示拉力测量轮71的拉力值以及电机3转速的显示屏。对于拉力测量轮71的设置方式，如图11所示，在拉力测量轮71的安装架74后方连接拉力传感器75。拉力传感器75与操作控制器2
信号连接。需要说明的是，如图10中所示，位于拉力测量轮71上下的拉线77是平行的。拉力测量轮71位于转轴6的正上方，作为向心力测量时钢球的圆周运动的中心点。在所述拉力测量模块7上设置有称重盘76，称重盘76结构与现有的电子秤结构一样，称重盘76的称重传感器与操作控制器2信号连接。卷绕电机的输出轴端设置有转速计，用于测量卷绕电机转速后转化为拉线77的直线运动速度，在操作控制器2上有显示该速度的显示屏。
[0035] 为了在测量向心力时，方便量取钢球的旋转半径，所述转臂4上表面设置有刻度43。所述转臂4上表面设置有用于插入摩擦板8的插槽44。具体的，如图6所示，转臂4上设置凹槽45，在凹槽45的左右两侧设置插槽44。插入摩擦板8时，从转臂4的前端插入即可。
[0036] 所述转臂4的后端竖直设置有通孔46，在所述通孔46的一个侧壁上设置有光电传感器9，与所述光电传感器9对应的侧壁上设置有缺口47。一根透明塑料带10可穿过所述通孔46，所述透明塑料带10被等间距设置的黑线条101分割成若干距离段102。在所述操作控制器2上设置有用于记录光电传感器检测到两个相邻所述黑线条101的间隔时间的显示屏21。操作控制器2内设置有时钟芯片，用于记录光电传感器9检测到相邻黑线条101的时间。
[0037] 所述用于记录光电传感器检测到两个相邻所述黑线条的间隔时间的显示屏21位于操作控制器的右侧，它包括数字表格和位于数字表格下方的时间显示屏，所述数字表格中的数字为所述塑料带上的距离段的标号。如图1中所示，画出了1-12共12个数字表格，在每个数字表格的下方对应为LED电子显示屏(时间显示屏)。在操作控制器2的左侧为拉力测量轮71的拉力显示屏、电机拉动拉绳运动速度和称重显示器。
[0038] 本发明的使用方法如下：
[0039] 作为向心力演示装置：如图3所示，连接头73与钢球5连接，按下卷绕电机反转按钮，拉出合适长度的拉线77，读取拉出拉线77的长度，然后设定电机3的转速后按下电机3的启动按钮，转臂4开始转动。在操作控制器2的显示屏上显示拉力测量轮的值。
[0040] 作为重力测量装置：如图4所示，将转臂4调整到竖直状态，在连接头73的弧形通孔732内挂上S型挂钩731，在S型挂钩731下端悬挂要测量的重物即可在操作控制器2的显示屏上显示拉力测量轮受到的拉力值。
[0041] 作为摩擦力测量装置：如图5所示，调整转臂4的方向，在转臂4的插槽44内插入需要的摩擦板8，然后将连接头73连接摩擦块，这时按下卷绕电机的正转按钮，卷绕电机匀速卷绕拉线77，拉力测量轮受到的拉力显示在操作控制器2的显示屏上。
[0042] 作为测量重力加速度装置：如图7所示，将本装置放置在靠近桌边
位置，将透明塑料带10穿过通孔46，并在透明塑料带10的下端固定重物，此时打开光电传感器的
开关，然后松开透明塑料带10让其自由下落，光电传感器记录相邻两个黑线条101经过的时间(即透明塑料带10运动一个距离段102的时间)，并将该时间对应显示在操作控制器2的显示屏21的数字表格下方。
