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一种向心力演示仪

阅读：958发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种向心力演示仪专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及物理实验教学教具领域，具体的说是一种向心力演示仪，包括机架、转轴、悬臂、传动装置、变速装置、变径装置、测力计和钢球，所述的转轴垂直安装在机架左侧，转轴上部设置有盲孔，盲孔底部设置有连通的台阶孔，台阶孔上设置有内螺纹，所述的悬臂靠近机架上表面垂直安装在转轴上，驱动转轴转动的传动装置位于机架下方，传动装置下方设置有变径装置，所述的测力计安装在悬臂的末端，所述的钢球位于悬臂内。本发明能够定量研究质量、转动半径和转速与向心力的关系，并且本发明无需停转便可改变质量、转动半径和转速，能够提高实验的精准度，降低实验误差，缩短实验时间。，下面是一种向心力演示仪专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种向心力演示仪，其特征在于：包括机架(1)、转轴(2)、悬臂(3)、传动装置(4)、变速装置(5)、变径装置(6)、测力计(7)和钢球(8)，所述的机架(1)左侧设置有调节孔，调节孔附近设置有刻度，所述的转轴(2)垂直安装在机架(1)左侧，所述的悬臂(3)靠近机架(1)上表面垂直安装在转轴(2)上，驱动转轴(2)转动的传动装置(4)位于机架(1)下方，传动装置(4)下方设置有变速装置(5)，所述的测力计(7)安装在悬臂(3)的末端，所述的钢球(8)位于悬臂(3)内；其中：
所述的转轴(2)上部设置有盲孔(201)，盲孔(201)底部设置有连通的台阶孔(202)，台阶孔(202)上设置有内螺纹，位于机架(1)下方的转轴(2)设置有花键轴；
所述的悬臂(3)为圆管(301)，悬臂(3)的右侧设置有凸块(302)，凸块(302)上设置有内外连通的十字槽(303)，悬臂(3)左端面设置有带外螺纹的台阶(304)，悬臂(3)左侧十字槽(303)内设置有销钉(305)，悬臂(3)右侧设置有出口，出口处安装有塞块(306)，悬臂(3)内设置有圆盘(307)，圆盘(307)上设置有与十字槽(303)相对应的十字滑块(308)；
所述的传动装置(4)包括轴(401)、摇把(402)和摩擦轮(404)，所述的轴(401)安装在机架(1)的右侧，摇把(402)通过锥齿轮驱动轴(401)转动，轴(401)上设置有带轮(403)，所述的摩擦轮(404)为锥顶朝下布置的锥形，摩擦轮(404)设置有花键孔，摩擦轮(404)滑动安装在转轴(2)的花键轴上，带轮(403)通过皮带(405)带动摩擦轮(404)转动；
所述的变径装置(6)包括圆环(601)和绳，圆环(601)套在转轴(2)的上部，绳的一端与圆环(601)相连接，绳的另一端穿过销钉(305)与十字滑块(308)相连接，圆环(601)上端面设置有向外的凸台，凸台外部设置有触摸环(602)，圆环(601)内部设置有圆环槽，圆环槽内设置有摩擦片(603)。
2.根据权利要求1所述的一种向心力演示仪，其特征在于：所述的变速装置(5)包括固定架(501)、伸缩杆(502)、弹簧(503)、套环(506)和调节螺钉(508)，固定架(501)位于摩擦轮(404)下方并固定在机架(1)上，固定架(501)上设置有U形开口，U形开口的圆弧部分的轴线与转轴(2)同轴布置，沿U形开口的侧壁上设置有若干安装孔，所述的伸缩杆(502)安装在安装孔内，安装孔内还设置有弹簧(503)，伸缩杆(502)的顶部为半球形，伸缩杆(502)顶部设置有台阶，伸缩杆(502)上设置有螺纹连接的L形固定架(504)，L形固定架(504)与台阶之间设置有轴承(505)，所述的套环(506)位于摩擦轮(404)的上端面并套在转轴(2)上，摩擦轮(404)下方设置有弹簧，所述的调节螺钉(508)位于调节孔内，调节螺钉(508)与套环(506)之间设置有拨叉(507)，调节螺钉(508)与拨叉(507)之间通过螺纹连接，调节螺钉(508)与机架(1)之间连接有调节弹簧(509) 。
3.根据权利要求1所述的一种向心力演示仪，其特征在于：还包括发电机(9)和灯泡(10)，发电机(9)安装在机架(1)的下方，轴(401)通过锥齿轮驱动发电机(9)发电，发电机(9)与灯泡(10)通过电线连接，灯泡(10)通过支架安装在机架(1)上。
4.根据权利要求1所述的一种向心力演示仪，其特征在于：所述的传动装置(4)还包括飞轮(406)，飞轮(406)安装在带轮(403)下方。
5.根据权利要求1所述的一种向心力演示仪，其特征在于：所述的悬臂(3)由透明的工程材料制成，悬臂(3)沿长度方向设置有刻度。
6.根据权利要求1所述的一种向心力演示仪，其特征在于：所述的测力计(7)包括控制器和压力传感器，压力传感器安装在圆盘(307)上，控制器上设置有显示器。
7.根据权利要求1所述的一种向心力演示仪，其特征在于：所述的钢球(8)由经过磁化的钢制成。
8.根据权利要求1所述的一种向心力演示仪，其特征在于：所述的皮带(405)的横截面为圆形，皮带(405)由橡胶制成。

说明书全文

一种向心力演示仪

技术领域

[0001] 本发明涉及物理实验教学教具领域，具体的说是一种向心力演示仪。

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] 针对以上问题，本发明提供一种向心力演示仪，采用传统的机械手摇提供动力输入，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，使用不受限制，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。

发明内容

[0014] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种向心力演示仪，能够定量研究质量、转动半径和转速与向心力的关系，并且本发明无需停转便可改变质量、转动半径和转速，能够提高实验的精准度，降低实验误差，缩短实验时间。

[0015] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种向心力演示仪，包括机架、转轴、悬臂、传动装置、变速装置、变径装置、测力计和钢球，所述的机架左侧设置有调节孔，调节孔附近设置有刻度，所述的转轴垂直安装在机架左侧，所述的悬臂靠近机架上表面垂直安装在转轴上，驱动转轴转动的传动装置位于机架下方，传动装置下方设置有变速装置，所述的测力计安装在悬臂的末端，所述的钢球位于悬臂内。

[0016] 所述的转轴上部设置有盲孔，盲孔底部设置有连通的台阶孔，台阶孔上设置有内螺纹，位于机架下方的转轴设置有花键轴，当转轴转动时，可将钢球从盲孔内投入，钢球从台阶孔出来并进入悬臂内，通过增加钢球的数量来改变做圆周运动的钢球的质量。

[0017] 所述的悬臂为圆管，悬臂的右侧设置有凸块，凸块上设置有内外连通的十字槽，悬臂左端面设置有带外螺纹的台阶，悬臂左侧十字槽内设置有销钉，悬臂右侧设置有出口，出口处安装有塞块，实验结束后，取下塞块，钢球可从出口处取出，悬臂内设置有圆盘，圆盘上设置有与十字槽相对应的十字滑块，十字滑块在十字槽内滑动，通过改变圆盘与转轴之间的距离，可改变钢球的转动半径。

[0018] 所述的传动装置包括轴、摇把和摩擦轮，所述的轴安装在机架的右侧，摇把通过锥齿轮驱动轴转动，轴上设置有带轮，所述的摩擦轮为锥顶朝下布置的锥形，摩擦轮设置有花键孔，摩擦轮滑动安装在转轴的花键轴上，带轮通过皮带带动摩擦轮转动，摩擦轮带动转轴转动并可沿转轴上下滑动。

[0019] 所述的变速装置包括固定架、伸缩杆、弹簧、套环和调节螺钉，固定架位于摩擦轮下方并固定在机架上，固定架上设置有U形开口，U形开口的圆弧部分的轴线与转轴同轴布置，沿U形开口的侧壁上设置有若干安装孔，所述的伸缩杆安装在安装孔内，安装孔内还设置有弹簧，伸缩杆与摩擦轮接触，摩擦轮上下滑动可带动伸缩杆做伸缩运动，伸缩杆的顶部为半球形，伸缩杆顶部设置有台阶，伸缩杆上设置有螺纹连接的L形固定架，L形固定架与台阶之间设置有轴承，轴承安装在伸缩杆上，皮带位于L形固定架、轴承和摩擦轮形成的空间内，L形固定架可保持皮带所处的平面位置不变，轴承可减少皮带的摩擦，所述的套环位于摩擦轮的上端面并套在转轴上，所述的调节螺钉位于调节孔内，调节螺钉与套环之间设置有拨叉，调节螺钉与拨叉之间通过螺纹连接，调节螺钉与机架之间连接有调节弹簧，摩擦轮下方设置有弹簧，套环、拨叉、调节螺钉和弹簧用以调节摩擦轮的上下位置，通过改变摩擦轮的上下位置实现变转速；

[0020] 所述的变径装置包括圆环和绳，圆环套在转轴的上部，绳的一端与圆环相连接，绳的另一端穿过销钉与十字滑块相连接，圆环上端面设置有向外的凸台，凸台外部设置有触摸环，触摸环相对圆环自由转动，避免调整圆环时对转速造成干扰，圆环内部设置有圆环槽，圆环槽内设置有摩擦片，在绳和向心力的作用下，圆环上下移动可带动圆盘左右移动，以实现半径的变化。

[0021] 优选的，本发明还包括发电机和灯泡，发电机安装在机架的下方，轴通过锥齿轮驱动发电机发电，发电机与灯泡通过电线连接，灯泡通过支架安装在机架上，在光线较暗的教室，可以通过发电机发电，进行照明。

[0022] 优选的，所述的传动装置还包括飞轮，飞轮安装在带轮下方，飞轮可使动力输入匀速。

[0023] 优选的，所述的悬臂由透明的工程材料制成，悬臂沿长度方向设置有刻度，从外部可直观的观察圆盘和钢球的位置，便于调节和记录转动半径。

[0024] 优选的，所述的测力计包括控制器和压力传感器，压力传感器安装在圆盘上，控制器上设置有显示器，通过测力计能够直观的观察向心力的大小，便于进行定量实验。

[0025] 优选的，所述的钢球由经过磁化的钢制成，可将吸附在一起的钢球看做一个整体，重心处在钢球球心连线的中点。

[0026] 优选的，所述的皮带的横截面为圆形，皮带由橡胶制成，由于橡胶具有高弹性的特点，所以皮带能够紧贴摩擦轮。

[0027] 本发明的有益效果是：本发明能够定量研究质量、转动半径和转速与向心力的关系，并且本发明无需停转便可改变质量、转动半径和转速，能够提高实验的精准度，降低实验误差，缩短实验时间。附图说明

[0028] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0029] 图1是本发明的主视图；

[0030] 图2是本发明的悬臂的主视图；

[0031] 图3是图2的左视图；

[0032] 图4是图2的断面图；

[0033] 图5是本发明的圆盘的主视图；

[0034] 图6是图5的左视图；

[0035] 图7是本发明的传动装置的主视图；

[0036] 图8是本发明的变速装置的俯视图；

[0037] 图9是图8的部分剖视图；

[0038] 图10是图1的A-A剖视图；

[0039] 图11是图1的B向视图；

[0040] 图12是本发明的变径装置的剖视图；

[0041] 图中：机架1、转轴2、盲孔201、台阶孔202、悬臂3、圆管301、凸块302、十字槽303、台阶304、销钉305、塞块306、圆盘307、十字滑块308、传动装置4、轴401、摇把402、带轮403、摩擦轮404、皮带405、飞轮406、变速装置5、固定架501、伸缩杆502、弹簧503、L形固定架504、轴承505、套环506、拨叉507、调节螺钉508、调节弹簧509、变径装置6、圆环601、触摸环602、摩擦片603、测力计7、钢球8、发电机9、灯泡10。

具体实施方式

[0042] 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。

[0043] 如图1所示，本发明所述的一种向心力演示仪，包括机架1、转轴2、悬臂3、传动装置4、变速装置5、变径装置6、测力计7和钢球8，所述的机架1左侧设置有调节孔，调节孔附近设置有刻度，所述的转轴2垂直安装在机架1左侧，所述的悬臂3靠近机架1上表面垂直安装在转轴2上，驱动转轴2转动的传动装置4位于机架1下方，传动装置4下方设置有变速装置5，所述的测力计7安装在悬臂3的末端，所述的钢球8位于悬臂3内。

[0044] 所述的转轴2上部设置有盲孔201，盲孔201底部设置有连通的台阶孔202，台阶孔202上设置有内螺纹，位于机架1下方的转轴2设置有花键轴，当转轴2转动时，可将钢球8从盲孔201内投入，钢球8从台阶孔202出来并进入悬臂3内，通过增加钢球8的数量来改变做圆周运动的钢球的质量。

[0045] 如图2至图6所示，所述的悬臂3为圆管301，悬臂3的右侧设置有凸块302，凸块302上设置有内外连通的十字槽303，悬臂3左端面设置有带外螺纹的台阶304，悬臂3左侧十字槽303内设置有销钉305，悬臂3右侧设置有出口，出口处安装有塞块306，实验结束后，取下塞块306，钢球8可从出口处取出，悬臂3内设置有圆盘307，圆盘307上设置有与十字槽303相对应的十字滑块308，十字滑块308在十字槽303内滑动，通过改变圆盘307与转轴2之间的距离，可改变钢球8的转动半径。

[0046] 如图7所示，所述的传动装置4包括轴401、摇把402和摩擦轮404，所述的轴401安装在机架1的右侧，摇把402通过锥齿轮驱动轴401转动，轴401上设置有带轮403，所述的摩擦轮404为锥顶朝下布置的锥形，摩擦轮404设置有花键孔，摩擦轮404滑动安装在转轴2的花键轴上，带轮403通过皮带405带动摩擦轮404转动，摩擦轮404带动转轴2转动并可沿转轴2上下滑动。

[0047] 如图8至图11所示，所述的变速装置5包括固定架501、伸缩杆502、弹簧503、套环506和调节螺钉508，固定架501位于摩擦轮404下方并固定在机架1上，固定架501上设置有U形开口，U形开口的圆弧部分的轴线与转轴2同轴布置，沿U形开口的侧壁上设置有若干安装孔，所述的伸缩杆502安装在安装孔内，安装孔内还设置有弹簧503，伸缩杆502与摩擦轮404接触，摩擦轮404上下滑动可带动伸缩杆502做伸缩运动，伸缩杆502的顶部为半球形，伸缩杆502顶部设置有台阶，伸缩杆502上设置有螺纹连接的L形固定架504，L形固定架504与台阶之间设置有轴承505，轴承505安装在伸缩杆上，皮带405位于L形固定架504、轴承505和摩擦轮404形成的空间内，L形固定架504可保持皮带405所处的平面位置不变，轴承505可减少皮带405的摩擦，所述的套环506位于摩擦轮404的上端面并套在转轴2上，所述的调节螺钉
508位于调节孔内，调节螺钉508与套环506之间设置有拨叉507，调节螺钉508与拨叉507之间通过螺纹连接，调节螺钉508与机架1之间连接有调节弹簧509，摩擦轮404下方设置有弹簧，套环506、拨叉507、调节螺钉508和弹簧用以调节摩擦轮404的上下位置，通过改变摩擦轮404的上下位置实现变转速；

[0048] 如图12所示，所述的变径装置6包括圆环601和绳，圆环601套在转轴2的上部，绳的一端与圆环601相连接，绳的另一端穿过销钉305与十字滑块308相连接，圆环601上端面设置有向外的凸台，凸台外部设置有触摸环602，触摸环602相对圆环601自由转动，避免调整圆环601时对转速造成干扰，圆环601内部设置有圆环槽，圆环槽内设置有摩擦片603，在绳和向心力的作用下，圆环601上下移动可带动圆盘307左右移动，以实现半径的变化。

[0049] 优选的，本发明还包括发电机9和灯泡10，发电机9安装在机架1的下方，轴401通过锥齿轮驱动发电机9发电，发电机9与灯泡10通过电线连接，灯泡10通过支架安装在机架1上，在光线较暗的教室，可以通过发电机9发电，进行照明。

[0050] 优选的，所述的传动装置4还包括飞轮406，飞轮406安装在带轮403下方，飞轮406可使动力输入匀速。

[0051] 优选的，所述的悬臂3由透明的工程材料制成，悬臂3沿长度方向设置有刻度，从外部可直观的观察圆盘307和钢球8的位置，便于调节和记录转动半径。

[0052] 优选的，所述的测力计7包括控制器和压力传感器，压力传感器安装在圆盘307上，控制器上设置有显示器，通过测力计7能够直观的观察向心力的大小，便于进行定量实验。

[0053] 优选的，所述的钢球8由经过磁化的钢制成，可将吸附在一起的钢球8看做一个整体，重心处在钢球8球心连线的中点。

[0054] 优选的，所述的皮带405的横截面为圆形，皮带405由橡胶制成，由于橡胶具有高弹性的特点，所以皮带405能够紧贴摩擦轮404。

[0055] 当转动半径和转速不变时，增加钢球8的数量会导致钢球的重心向前移，此时可通过变径装置6将钢球8的中心向后移动，以保证转动半径不变的实验条件。

[0056] 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。

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