专利名称：自闪式向心力演示器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物理教具，尤其是一种向心力演示器。
向心力是物体运动的一个重要概念，目前教育部教学仪器目录配套的向心力演示器(参见图4)设有一个转动手柄41，通过转动手柄41带动变速塔轮42和43以及长、短槽44和45随之匀速转动，槽内的小球49、50即做匀速圆周运动，使小球49、50做圆周运动的向心力由横臂46的挡板对小球49、50的压力提供，球对挡板的反作用力通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒47下降，从而露出标尺48，标尺48上露出的红白相间等分格子可以显示出两个球所受向心力的比值。该演示器主要用于定性地比较向心力的大小跟物体的质量m、圆周半径r和角速度ω的关系。
但该演示器存在以下几个问题1、该仪器的向心力大小，是通过挡板、挡臂构成的L型杠杆作用于弹簧套筒来显示的，当套筒上下位置发生变化时，显示了向心力大小的变化，注意此时挡板的位置也必然变化，也就是在实际实验过程中，小球的圆周运动半径无法满足不变的条件，经过实际观察，误差还比较大。
2、小球在做圆周运动的同时，是在长槽或短槽上做径向移动的，其重心及槽的重心均在立杆的转轴之外，因此转动时是一种很明显的偏心运动，带来实验过程转动的不稳定和振动，再加上整个装置做圆周运动的动力是依靠人手控制的，很难保证小球的运动是一种匀速圆周运动。实验中可以明显看出，标尺上的套筒位置难以稳定(含上下摆动)，可以标度显示及不稳定，不易读数。
3、该仪器构造复杂，机械传动机构多，不可避免地存在较大的摩擦，从而影响实验的效果。充其量也只能大致地、定性地比较向心力F与质量m、角速度ω及半径r的关系。
本实用新型旨在提供一种结构简单，既能定性比较，又能进行定量测量向心力大小的自闪式向心力演示器。
本实用新型设有电机，电机的转轴接一连接件，连接件的两侧设导轨，导轨上分别设滑块，滑块与连接件之间由弹簧连接，在一滑块上设闪光器，另在导轨与电机之间设一垂直放置的面板，面板上设有标尺。电机固设在壳体上，壳体可设在底座支架上，壳体的一面可与面板合二而一。
导轨的自由端可设限位件。电机由支架固设在壳体上。
电机通过连接件带动导轨及其上的滑块和闪光器做圆周运动。滑块及闪光器由弹簧与电机转轴上的连接件相连，弹簧可提供滑块做圆周运动向心力，闪光器可发出频率一定的闪光。由于人眼的视觉暂留现象，闪光器的闪光在做圆周运动时，会在面板前留下一条条不连续的亮孤线，由亮孤线与刻度尺的交点，可以读出滑块运动的半径及此刻向心力的大小。由稳定的亮孤线条数，可以判断此时刻的转速和角速度(ω＝2πn)。其角速度(或转速)大小可由下述方法求出设闪光器频率f(Hz)，转速为n(转/秒)，设闪光器亮线在一个圆周中在面板上产生的孤线条数为k，它们应满足f＝kn。
当k为正整数时，这些孤线是稳定的；但k不为正整数时，孤线会旋转(顺时针或逆时针)。因此，我们可以根据亮孤线稳定时的孤线数，来判断此时的转速n(或角速度ω)n＝f/k例设f＝24Hz，k＝2，则n＝12(1/S)；k＝3，n＝8(1/S)；k＝4，n＝6(1/S)。
当闪光器随滑块做圆周运动时，随着转速增加，所需向心力变大。弹簧拉力变大(弹簧伸长)，圆周运动半径也增大，亮孤线半径增大。当亮孤线稳定并与标尺相交时，既可读出此时圆周运动的半径，也可以读出此时弹簧拉力(即向心力)的大小。滑块及其闪光器的质量由天平称出(实验前可先测量)，根据F＝mω2r＝m4π2n2r可计算出F，然后与测量值进行比较，如果相等，就证明公式成立。
转速增大或质量增大，都可以看出半径变大，且孤线越长也说明其线速度越大(可逐项比较)。
综上所述，与已有的向心力演示器相比，本实用新型的优点是1、克服了原有向心力演示器的缺点，构造简单、造价便宜、转速稳定，且易于控制、调整，半径及向心力(弹簧拉力)可随时变化、随时测量。
2、利用自闪闪光器闪光的特点，可以从稳定时亮孤线的数目，直接判断转速和角速度，克服了角速度难以测量的困难。并且还能从亮孤线与标尺的交线直接读出运动半径及弹簧拉力的大小，能做到一线三用。
3、设计了配重滑块及弹簧，基质量与滑块及闪光器质量相等，它随ω的增大，半径、拉力与滑块同时增大，解决严重的转动偏心问题。实验过程稳定，不易振动。
4、能增加滑块及配重滑块的质量，既可以定性观察，也可以定量计算，无论m、ω、r三者如何变化，均可验证向心力公式F＝mω2r＝m4π2n2r。
5、可视性、趣味性好，容易激发学生的学习热情。
图1为本实用新型实施例的结构示意图。
图2为
图1的左视图。
图3为标尺示意图。
图4为教育部教学仪器目录配套的向心力演示器结构示意图。
以下实施例将结合附图对本演示器作进一步的说明。
如
图1～3所示，演示器由电机1、连接件2、导轨3与4、滑块5、配重滑块6、弹簧7与8、闪光器9、标尺10、面板11、壳体12、电机支架13、底座支架14和限位件15、16等组成。电机1由支架13固定在壳体12上，壳体12与底座支架14连接。电机1的转轴17接一连接件2，连接件2的两端接导轨3与4，滑块5和配重滑块6分别设于导轨3与4上，闪光器9设于滑块5上，闪光器9采用带闪光管的自闪闪光器，闪光管18设于闪光器9的中心。弹簧7、8分别设于连接件2与滑块5及配重滑块6之间。在导轨3与4的自由端分别设限位件(例如限位螺母)15。标尺10设于面板11上，面板11设于壳体12的正面与导轨3、4之间。在连接件2的两端可设贯穿孔，导轨3、4可穿插入贯穿孔中。
权利要求1.向心力演示器，其特征在于设有电机，电机的转轴接一连接件，连接件的两侧设导轨，导轨上分别设滑块，滑块与连接件之间由弹簧连接，在一滑块上设闪光器，另在导轨与电机之间设一垂直放置的面板，面板上设有标尺，电机固设在壳体上。
2.如权利要求1所述的向心力演示器，其特征在于电机由支架固设在壳体上。
3.如权利要求1所述的向心力演示器，其特征在于壳体设在底座支架上。
4.如权利要求1所述的向心力演示器，其特征在于壳体的一面与面板合二而一。
5.如权利要求1所述的向心力演示器，其特征在于导轨的自由端设限位件。
6.如权利要求1所述的向心力演示器，其特征在于闪光器设于滑块上，闪光器采用带闪光管的自闪闪光器。
7.如权利要求6所述的向心力演示器，其特征在于闪光管设于闪光器的中心。
8.如权利要求1所述的向心力演示器，其特征在于弹簧分别设于连接件与滑块及配重滑块之间。
9.如权利要求5所述的向心力演示器，其特征在于在所说的限位件为限位螺母。
10.如权利要求1所述的向心力演示器，其特征在于面板设于壳体的正面与导轨之间。
专利摘要涉及一种物理教具，尤其是一种向心力演示器。设有电机，电机的转轴接一连接件，连接件的两侧设导轨，导轨上分别设滑块，滑块与连接件之间由弹簧连接，在一滑块上设闪光器，另在导轨与电机之间设一垂直放置的面板，面板上设有标尺，电机固设在壳体上。其构造简单、造价低、转速稳定，且易于控制、调整，半径及向心力(弹簧拉力)可随时变化、随时测量。利用自闪闪光器可从稳定时亮弧线的数目，直接判断转速和角速度，克服了角速度难以测量的困难。还能从亮弧线与标尺的交线直接读出运动半径及弹簧拉力的大小，能做到一线三用。既可定性观察，也可定量计算，无论m、ω、r三者如何变化，均可验证向心力公式。可视性、趣味性好。
文档编号G09B23/00GK2543158SQ0223670
公开日2003年4月2日 申请日期2002年5月24日 优先权日2002年5月24日
发明者余婧, 王凤娇, 练仰贤 申请人:余婧