技术领域
[0001] 本
发明涉及物理教学教具领域，具体的说是一种
向心力演示装置。
背景技术
[0002] 已知，高中物理课本中，“向心力”是非常重要的知识点。在教学实践中，关于向心力的研究，特别是公式的得出是个教学难点，该公式的理论推导过程对学生来说过于抽象、不易理解，而开展的实验研究基本是用圆锥摆或类似的装置进行向心力粗略验证，缺乏科学性、准确性和可比性，实际效果不理想；而历年来教材中所采用的“向心力实验演示仪”也仅仅是半定量的。
[0003] 在
现有技术中，
申请日为2013.01.29，申请号为201320047446.0的一项中国
专利；
[0004] 申请日为2010.11.03，申请号为201020598363.7的一项中国专利；
[0005] 申请日为2013.10.23，申请号为201320655617.8的一项中国专利；
[0006] 申请日为2014.03.20，申请号为201420126096.1的一项中国专利；
[0007] 申请日为2015.05.25，申请号为201520340466.6的一项中国专利；
[0008] 均存在以下一种或几种不足：
[0009] 1.只能定性研究向心力，不能定量研究；
[0010] 2.通过
电机驱动，虽能实现变速，但在停电时不能工作，使用范围受到限制；
[0011] 3.进行试验时不能一次性测出所有数据，需停转更换试验条件，如
质量；
[0012] 4.对于手动转动的装置，转速易受干扰，造成实验误差较大。
[0013] 申请日为2012-01-17，申请号为201210013683.5的一项中国专利公开了一种无线向心力实验器，该发明采用各种
传感器进行定量的研究，并采用数据的无线传输，虽然得到的数据更加准确，但制造成本太高，不利于推广使用。
[0014] 针对以上问题，本发明提供的一种向心力演示装置，采用传统的机械手摇式提供动力输入，本发明设置有
飞轮，可以克服转速不稳的
缺陷，无电机驱动且设置有发电机，能够在停电或光线较暗的环境中工作，采用变量控制法，可一次性测量多个变量的多个数据，无需停转，能够提高实验的精准度，降低实验误差，缩短实验时间，设置的倾斜
支架可实现
水平面到竖直面任意
角度内的圆周运动，结构简单可靠，制造成本较低，有利于推广和使用。
发明内容
[0015] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种向心力演示装置，能够进行定量测量，可分别对质量、转动半径和转速进行控制，且可一次性测量完成多组数据，无需停转调整，可对水平面到竖直面内的圆周运动进行研究。
[0016] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种向心力演示装置，包括
机架、
转轴、测力装置、转速显示装置和摇把，所述的转轴竖直安装在机架上，转轴为空
心轴，转轴的中部设置有
螺纹孔，摇把安装在机架上并通过锥
齿轮驱动转轴转动，所述的测力装置穿过转轴中心并固定在机架左侧，所述的转速显示装置同轴安装在转轴上端面。
[0017] 所述的测力装置包括滑轨，滑轨竖直固定在机架左侧边缘，滑轨左侧设置有竖直的滑槽，滑槽内设置有沿滑槽滑动的测力器，滑轨的上部设置有绞线器，绞线器上绕有刚性绳，刚性绳的自由端与测力器相连接，绞线器可控制测力器的升降，测力器的下端与拉绳的一端相连，拉绳的另一端穿过
滑轮组与位于转轴内的半径线的一端相连接，拉绳和半径线之间设置有防转环，防转环由
连接杆和位于连接杆两端并可相对连接杆转动的圆环组成，圆环可在连接杆上自由转动，防转环可避免半径线在工作时的自转，延长半径线的使用寿命，半径线的另一端从转轴中部的
螺纹孔穿出并与砝码相连接，半径线穿过引线管，引线管安装在转轴的螺纹孔上，引线管的孔径等于半径线的直径，引线管可避免在刚转动时半径线缠绕转轴，能够缩短启动时间，测力器可直接测量出向心力，通过绞线器的收放线可实现半径线的改变，从而实现转动半径的改变。
[0018] 所述的转速显示装置包括轴、重力环和
钢球，轴同轴安装在转轴的上方，重力环套在轴上，钢球通过绳分别与轴和重力环相连接，轴上设置有刻度，转轴转动时，钢球做圆周运动产生的向心力可将重力环向上拉起，通过轴上的刻度，可确定转轴的转速。
[0019] 优选的，本发明还包括倾斜装置，倾斜装置包括倾斜架和四个固定销，所述的倾斜架包括两个L形架，L形架呈竖直的L形布置，两个L形架之间设置有连接板，L形架下方设置有支腿，L形架上设置有L形槽a，L形槽a上设置有滑槽b，所述的固定销两端设置有螺纹，固定销水平安装在机架的四个拐角处，固定销上设置有在滑槽b上滑动的
轴承，固定销末端设置有旋紧
螺母，旋紧螺母上设置有
橡胶垫圈，橡胶垫圈可增大
摩擦力，固定销在L形槽内运动，轴承在滑槽上滑动，当旋紧螺母旋紧时，旋紧螺母与轴承夹紧倾斜架，可将固定销固定在某一
位置，从而将机架倾斜固定在倾斜架上。
[0020] 优选的，本发明还包括飞轮，飞轮安装在转轴上并位于机架下方，飞轮能够增加转速的
稳定性。
[0021] 优选的，本发明还包括发电机，发电机通过
锥齿轮与转轴相连接，发电机通过电线与
灯泡相连接，当光线较暗或停电时，可通过发电机发电并通过灯泡照亮本装置。
[0022] 优选的，本发明还包括水平仪，水平仪安装在机架的上表面，在实验时可通过水平仪调整机架位置，使圆周运动处在水平面内，减小实验误差，水平仪还能够在机架倾斜布置时测量倾斜角度，便于在非水平面内做圆周运动的研究。
[0023] 优选的，所述的半径线上设置有长度为5mm的色环，并且相邻的色环间距为5mm，通过色环可直观的观察转动半径，读数更加方便。
[0024] 优选的，所述的砝码由钕
铁硼磁铁制成，砝码外表面设置有橡胶套，在研究质量与向心力的关系时，可将另一
块砝码靠近正在转动的砝码，使两块砝码
吸附在一起，从而增加砝码的质量，橡胶套可保护砝码相互吸附时的碰撞，无需停转即可实现质量的改变。
[0025] 本发明的有益效果是：
[0026] 1.本发明所述的一种向心力演示装置，能够进行定量测量，可一次性测量多组数据，无需停机调整；
[0027] 2.本发明所述的一种向心力演示装置，既可对水平面的圆周运动进行研究，又可对倾斜平面的圆周运动进行研究，且结构简单，制造成本较低；
[0028] 3.本发明所述的一种向心力演示装置，采用传统的手摇式动力输入，可保证装置正常运转的可靠性，利用飞轮的转动惯性，可避免传统的手摇式动力输入转速不均匀的缺陷。
附图说明
[0029] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0030] 图1是本发明的主视图；
[0031] 图2是本发明的左视图；
[0032] 图3是本发明的L形架；
[0033] 图4是本发明倾斜时的左视图；
[0034] 图5是图4的A向视图；
[0035] 图6是本发明的防转环的剖视图；
[0036] 图中：机架1、转轴2、测力装置3、滑轨301、测力器302、绞线器303、拉绳304、滑轮组305、防转环306、圆环3061、连接杆3062、半径线307、砝码308、引线管309、转速显示装置4、轴401、重力环402、钢球403、倾斜装置5、倾斜架501、L形架5011、连接板5012、支腿5013、固定销502、轴承503、旋紧螺母504、橡胶垫圈505、摇把6、飞轮7、发电机8、灯泡9、L形槽a、滑槽b。
具体实施方式
[0037] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0038] 如图1至图6所示，本发明所述的一种向心力演示装置，包括机架1、转轴2、测力装置3、转速显示装置4和摇把6，所述的转轴2竖直安装在机架1上，转轴2为空心轴，转轴2的中部设置有螺纹孔，摇把6安装在机架1上并通过锥齿轮驱动转轴2转动，所述的测力装置3穿过转轴2中心并固定在机架1左侧，所述的转速显示装置4同轴安装在转轴2上端面。
[0039] 所述的测力装置3包括滑轨301，滑轨301竖直固定在机架1左侧边缘，滑轨301左侧设置有竖直的滑槽，滑槽内设置有沿滑槽滑动的测力器302，滑轨301的上部设置有绞线器303，绞线器303上绕有刚性绳，刚性绳的自由端与测力器302相连接，绞线器303可控制测力器302的升降，测力器302的下端与拉绳304的一端相连，拉绳304的另一端穿过滑轮组305与位于转轴2内的半径线307的一端相连接，拉绳304和半径线307之间设置有防转环306，防转环306由连接杆3062和位于连接杆3062两端并且可相对连接杆3062转动的圆环3061组成，圆环3061可在连接杆3062上自由转动，防转环306可避免半径线307在工作时的自转，延长半径线307的使用寿命，半径线307的另一端从转轴2中部的螺纹孔穿出并与砝码308相连接，半径线307穿过引线管309，引线管309安装在转轴2的螺纹孔上，引线管309的孔径等于半径线307的直径，引线管309可避免在刚转动时半径线307缠绕转轴2，能够缩短启动时间，测力器302可直接测量出向心力，通过绞线器303的收放线可实现半径线307的改变，从而实现转动半径的改变。
[0040] 所述的转速显示装置4包括轴401、重力环402和钢球403，轴401同轴安装在转轴2的上端面，重力环402套在轴401上，钢球403通过绳分别与轴401和重力环402相连接，轴401上设置有刻度，转轴2转动时，钢球403做圆周运动产生的向心力可将重力环402向上拉起，通过轴401上的刻度，可确定转轴2的转速。
[0041] 优选的，本发明还包括倾斜装置5，倾斜装置5包括倾斜架501和四个固定销502，所述的倾斜架501包括两个L形架5011，L形架5011呈竖直的L形布置，两个L形架5011之间设置有连接板5012，L形架5011下方设置有支腿5013，L形架5011上设置有L形槽a，L形槽a上设置有滑槽b，所述的固定销502两端设置有螺纹，固定销502水平安装在机架1的四个拐角处，固定销502上设置有在滑槽b上滑动的轴承503，固定销502末端设置有旋紧螺母504，旋紧螺母504上设置有橡胶垫圈505，橡胶垫圈505可增大摩擦力，固定销502在L形槽a内运动，轴承
503在滑槽b上滑动，当旋紧螺母504旋紧时，旋紧螺母504与轴承503夹紧倾斜架501，可将固定销502固定在某一位置，从而将机架1倾斜固定在倾斜架501上。
[0042] 优选的，本发明还包括飞轮7，飞轮7安装在转轴2上并位于机架1下方，飞轮7能够增加转速的稳定性。
[0043] 优选的，本发明还包括发电机8，发电机8通过锥齿轮与转轴2相连接，发电机8通过电线与灯泡9相连接，当光线较暗或停电时，可通过发电机8发电并通过灯泡9照亮本装置。
[0044] 优选的，本发明还包括水平仪，水平仪安装在机架1的上表面，在实验时可通过水平仪调整机架1位置，使圆周运动处在水平面内，减小实验误差，水平仪还能够在机架1倾斜布置时测量倾斜角度，便于在非水平面内做圆周运动的研究。
[0045] 优选的，所述的半径线307上设置有长度为5mm的色环，并且相邻的色环间距为5mm，通过色环可直观的观察转动半径，读数更加方便。
[0046] 优选的，所述的砝码308由钕铁硼磁铁制成，砝码308外表面设置有橡胶套，在研究质量与向心力的关系时，可将另一块砝码308靠近正在转动的砝码308，使两块砝码308吸附在一起，从而增加砝码308的质量，橡胶套可保护砝码308相互吸附时的碰撞，无需停转即可实现质量的改变。
[0047] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述
实施例的限制，上述实施例和
说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
