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一种新型向心力验证装置

阅读：225发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种新型向心力验证装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种新型向心力验证装置，包括有包括底座和支架，支架的下端安装在底座上，在支架的中上部还设有横梁，在横梁上设有通过悬挂细线连接有小钢球，在底座上还设有激光水平仪和水平调节台，激光水平仪位于水平调节台上，还包括有用于驱动小钢球运动的动力装置。采用本发明所述的装置，通过所设有的动力装置以及激光水平仪，由调速控制器控制调速电机的转动，采用激光水平仪可以直接判断小球是否做圆周运动，其判断相对准确。具有结构简单，操作使用方便，演示形象直观，学生参与性强，用于验证向心力公式，为中学物理学教学提供了一种新型教具。，下面是一种新型向心力验证装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种新型向心力验证装置，其特征在于：包括有包括底座(1)和支架(2)，所述支架(2)的下端安装在底座(1)上，在所述支架(2)的中上部还设有横梁(3)，在所述横梁(3)上设有通过悬挂细线(5)连接有小钢球(6)，在所述底座(1)上还设有激光水平仪(7)和水平调节台(8)，所述激光水平仪(7)位于水平调节台(8)上，还包括有用于驱动小钢球(6)运动的动力装置。
2.根据权利要求1所述的一种新型向心力验证装置，其特征在于：所述动力装置包括有调速电机(4)、调速控制器(10)和电源开关(11)，所述调速电机(4)设置于横梁(3)上，所述调速控制器(10)和电源开关(11)位于底座(1)上，所述调速电机(4)的输出轴垂直向下，所述调速电机(4)的输出轴端部通过悬挂细线(5)与小钢球(6)连接，所述调速电机(4)通过调速控制器(10)与电源开关(11)电连接，通过所述调速电机(10)控制小钢球(6)运动。
3.根据权利要求1所述的一种新型向心力验证装置，其特征在于：在所述水平调节台(8)中设有平衡调节螺母(9)，通过所述平衡调节螺母(9)用于调节所述水平调节台(8)的高度。

说明书全文

一种新型向心力验证装置

技术领域

[0001] 本发明属于中学物理力学教学与实验仪器技术领域，具体来说涉及一种新型向心力验证装置。

背景技术

[0002] 高中物理必修2（人民教育出版社，2010年4月第4版）第五章“曲线运动”第6节向心力，有一个演示实验“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”其原文如下：细线下面悬挂一个钢球，细线上端固定在铁架台上。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时正好位于圆心。用手带动钢球，设法使它沿纸上的某个圆周运动。具体是将将细绳连接的小球一端固定在铁架台上，将画有同心圆的白纸平铺在桌面上，调节铁架台的支架，使小球竖直悬挂静止时刚好位于同心圆的圆心。用手带动小球，让小球在细绳的带动下做圆锥摆运动，即小球在水平面上做圆周运动，当运动相对稳定时用秒表测量小球运动n圈所用时间t，利用测量的时间和圈数求出小球做圆周运动的周期T，从而算出圆锥摆的角速度ω，代入公式计算向心力的大小；同时从铁架台的上方竖直向下观察小球的圆周运动与哪个同心圆重合，标记下这个圆，用直尺测量标记圆的半径r；再测量小球距离悬挂点的长度，若是精确测量还要测出小球的直径d，把小球的半径计入摆长。根据由重力与绳子拉力的合力提供向心力的原理，由受力分析计算拉力与重力的合力。利用重复上述实验过程，比较合力与向心力的大小，最后得出实验结论。

[0003] 这个实验在构思、原理、方法和学生的可参与性方面都很好，但在实际操作过程中其演示实验却存在以下缺点：1、需要测量的数据多，共有小球的质量m，所做圆周运动半径r，运动周期T，圆心到悬点的高度h；2、由于是用手带动小球，很难使小球沿纸上的某个圆周运动，小球在水平面上大多做椭圆运动，因此小球是否做匀速圆周运动，只能进行粗略的判断，其结果不准确；3、半径r和周期T的测量只能估测；4、所使用的物理仪器比较多：有天平，刻度尺，秒表；5、所需要计算的物理量较多，有线速度、夹角的正切、向心力和合力。在实际演示教学过程中，进行具体实验演示时，如果是完全照搬教材中所述的方法，不做任何改变，则有两个地方测量十分粗略，由于圆心的不确定，从而导致半径r的测量不准确，高度h的测量也就不准确。因此不可能在一节课上只用演示实验的时间完成，即使做完但结果十分粗略，可能误差很大。因此教师在教学过程中还需要做出较多的解释，出现学生对实验的可信度不高，达不到验证效果。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种适合于中学物理教学使用的演示教具，具有结构简单、使用方便，具体地说是一种新型向心力验证装置。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种新型向心力验证装置，包括有包括底座和支架，所述支架的下端安装在底座上，在所述支架的中上部还设有横梁，在所述横梁上设有通过悬挂细线连接有小钢球，在所述底座上还设有激光水平仪和水平调节台，所述激光水平仪位于水平调节台上，还包括有用于驱动小钢球运动的动力装置。

[0006] 进一步地，本发明所述向心力验证装置，其中所述动力装置包括有调速电机、调速控制器和电源开关，所述调速电机设置于横梁上，所述调速控制器和电源开关位于底座上，所述调速电机的输出轴垂直向下，所述调速电机的输出轴端部通过悬挂细线与小钢球连接，所述调速电机通过调速控制器与电源开关电连接，通过所述调速电机控制小钢球运动。

[0007] 进一步地，本发明所述向心力验证装置，其中在所述水平调节台中设有平衡调节螺母，通过所述平衡调节螺母用于调节所述水平调节台的高度。

[0008] 采用本发明所述的一种新型向心力验证装置，通过设置有用于驱动小钢球运动的动力装置以及激光水平仪，由调速控制器控制调速电机的转动，能保证摆球在水平面上的转动接近标准的圆周运动，采用激光水平仪可以直接判断小球是否做圆周运动，其判断相对准确。本发明所述的向心力验证装置具有结构简单，操作使用方便，演示形象直观，学生参与性强，为中学物理学教学提供了一种新型教具。附图说明

[0009] 图1为本发明的结构示意图。

[0010] 图中所示：1-底座、2-支架、3-横梁、4-调速电机、5-悬挂细线、6-小钢球、7-激光水平仪、8-水平调节台、9-平衡调节螺母、10-调速控制器、11-电源开关。

具体实施方式

[0011] 为了更充分的解释本发明的实施，以下结合具体实施例来进一步说明本发明。所举实例只用于解释本发明，而不是限定本发明的范围。

[0012] 如图1所示，本发明所述的一种新型向心力验证装置，包括有包括底座1和支架2，所述支架2的下端安装在底座1上，在所述支架2的中上部还设有横梁3，在所述横梁3上设有通过悬挂细线5连接有小钢球6，在所述底座1上还设有激光水平仪7和水平调节台8，所述激光水平仪7位于水平调节台8上，还包括有用于驱动小钢球6运动的动力装置。

[0013] 进一步地，本发明所述向心力验证装置，其中所述动力装置包括有调速电机4、调速控制器10和电源开关12，所述调速电机4设置于横梁3上，所述调速控制器10和电源开关12位于支架2上，所述调速电机4的输出轴垂直向下，所述调速电机4的输出轴端部通过悬挂细线5与小钢球6连接，所述调速电机4通过调速控制器10与电源开关12电连接，通过所述调速电机10控制小钢球6运动。

[0014] 进一步地，本发明所述向心力验证装置，其中在所述水平调节台8中设有平衡调节螺母9，通过平衡调节螺母9用于调节所述水平调节台8的高度。

[0015] 采用本发明所述的向心力验证装置，通过对原教材实验做如下推理分析，由于该实验的核心是要用mg·tanθ来验证m·v2/r，由于周期T是直接测量，可以用多次测量取平均值，相对比较准确,于是借用周期（T），根据V=2πr/T，原验证变成验证mg·tanθ=mr·4π2/T2，其中质量m 由于是同一小球可以省略，又因tanθ＝r/h,于是上式转化为验证g·r/h=2 2 2 2
r·4π/T ，因ｒ为同一半径，又因为g近似等于n ，则可进一步简化为1/Ｎ=4/T。为了使数据分析便于计算，可进一步调整为验证T2=4h即可，这样就使实验验证大大简便，而且可行。通过上述优化，其简化的主要优点如下：
1、测量的数据大大减少，只需测量小球做圆周运动周期(T)，圆心到悬点的高度(h)即可；
2、使用的仪器仪表较少，只需使用刻度尺和秒表即可；
3、测量数据相对比较准确，其中周期(T)可多次测量平均值，悬点圆心的高度(h)可借助于激光水平仪测出；
4、小球是否做圆周运动可由水平激光仪直接作出判断，其判断相对准确。

[0016] 在实际应用过程中，采用本发明所述的向心力验证装置，具体使用方法是，先将将激光水平仪7放置于水平调节台8上，并通过平衡调节螺母(9)用于调节水平调节台8使其呈水平状态，保证激光水平仪7的水平泡位于中心即可；然后通过动力装置带动小钢球6运动，同时启动激光水平仪7，观察做圆锥摆的小钢球6无论前后左右均被激光水平仪7中激光照到，则表示小钢球6已经做匀速圆周运动，然后开始记录周期和高度，最后带入公式进行验证。通过对原有演示实验进行改进后，在课堂操作中均达到很好的效果，在顺利完成课堂教学任务的同时，高效优质地验证向心力公式。

[0017] 采用本发明所述的一种新型向心力验证装置，通过设置有用于驱动小钢球运动的动力装置以及激光水平仪，由调速控制器控制调速电机的转动，能保证摆球在水平面上的转动接近标准的圆周运动，采用激光水平仪可以直接判断小球是否做圆周运动，其判断相对准确。本发明所述的向心力验证装置具有结构简单，操作使用方便，演示形象直观，学生参与性强，为中学物理学教学提供了一种新型教具。

[0018] 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效替换或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

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