专利名称：圆周运动向心力研究仪的制作方法
技术领域：
本发明属于教学器具，尤其涉及一种供中学生物理分组实验教学的圆周运动向心力研究仪。
背景技术：
高中物理课程中物体作圆周运动的向心力一节的教学，一直是公认的难点。主要原因在于，物体作圆周运动所需要的向心力与物体的质量，角速度，圆周运动的半径之间的关系式(F＝mω2r)，由于不能用较直观的方法得出，许多学生学习到这里要靠死记硬背才能记住向心力公式。由于缺乏对公式来源的理解，致使学生应用这一公式解决问题带来很大困难。最新版的人教社教材中采用的方法是由速度的变化量从理论上推出向心加速度的表达式，再根据牛顿第二定律，得到向心力的表达式。过程中用了大量的极限的思想方法。.从理论到理论。教学实践中发现学生接受起来很困难。由于学生在学习的过程中缺少必要的体验，并不能收到预想教学的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种圆周运动向心力研究仪，其操作简单，原理直观，误差较小，又因造价低制作成本便宜，适合学生分组实验。学生将向心力定性演示实验改进为定量操作实验，使学生对向心力公式的理解及应用起到很大作用。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案一种圆周运动向心力研究仪，其特征是主要由底盘、支架、电机、接线柱、小车滚动槽、弹簧测力计滑槽、弹簧测力计、齿轮测速箱、平衡指示针组成，所述双臂支架固定在底盘上，支架双臂一端的T形板上固接平衡指示机构，指示机构包括平衡标示板、指示针、挂线架及挂绳耳，所述平衡标示板与T形板固接，指示针通过指针座与平衡标示板销接，挂线架及挂绳耳与指针座固接，并与销轴呈等臂杠杆，挂线架一端系细线，细线通过滑轮与置于滑槽内的弹簧测力计连接，挂绳耳一端系细绳，细绳通过介轮与置于小车滚动槽内的小车连接，所述小车滚动槽一端底部与设有小齿轮的电机输出轴固接，所述小齿轮与齿轮测速箱的大齿轮啮合，大齿轮与外齿轮同轴的小齿轮啮合，所述接线柱固接在与底盘连接的接线支架上。
所述小车的细绳长度可调。
本发明的有益效果本装置通过测转速机构和测向心力机构使学生通过实际演示可分别改变质量、角速度、半径，随时读出向心力数值，分别找出上述物理量与向心力的关系图象，从而得出向心力公式。
图1是本发明的结构示意图；图2是质量与向心力关系坐标图；图3是半径与向心力关系坐标图；图4是角速度与向心力关系坐标图。
具体实施例方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式
。
如图所示，一种圆周运动向心力研究仪，主要由底盘1、支架2、电机3、接线柱4、小车滚动槽5、滑槽6、弹簧测力计7、齿轮测速箱8、平衡指示机构9组成，所述双臂支架2-1固定在底盘上，支架双臂一端的T形板2-2上固接平衡指示机构，指示机构包括平衡标示板9-1、指示针9-2、挂线架9-3及挂绳耳9-4，所述平衡标示板与T形板2-2固接，指示针通过指针座9-5与平衡标示板销接，挂线架及挂绳耳与指针座固接，并与销轴呈等臂杠杆，可以保证弹簧测力计7形变时不会影响小车作圆周运动的半径。挂线架一端系细线10，细线通过滑轮11与置于滑槽内的弹簧测力计7连接，挂绳耳9-4一端系细绳12，细绳通过介轮13与置于小车滚动槽内的小车14连接，所述小车的细绳长度可调，通过调整细绳长度改变小车作圆周运动的半径，采用刻度尺直接测出小车作圆周运动的半径。小车自身质量为6.2克，可在小车上加放砝码，改变小车的质量。所述小车滚动槽一端底部与设有小齿轮15的电机输出轴固接，所述小齿轮15与齿轮测速箱8的大齿轮8-1啮合，大齿轮与外齿轮8-2同轴的小齿轮8-3啮合。齿轮传动比为180/10×180/12＝270/1，可以测出小车滚动槽5的转动周期T即可通过利用ω＝2π/T求出角速度。所述接线柱固接在与底盘连接的接线支架16上，接线柱之间通过分压电阻17连接，电源接到不同的接线柱时可以调整电机的转速，从而改变ω值。本装置可采用有机玻璃或塑料注塑成型，其中齿轮可采用塑料或金属制成。本仪器供中学生物理分组实验教学，用于探究向心力公式F＝mω2r之用。性能指标采用学生电源4.5V档；弹簧测力计量程1N。使用方法将学生电源放到4.5V档，教具正负极按钮选好，接上导线；将小球放到小车滚动槽适当位置；弹簧测力计勾上细线绳；称出小车质量。
实验过程(一)探究质量m与向心力F关系1、固定小车上连线的长度，固定电机输入电压，小车内不放砝码片，此时小车质量为6.2克，开启电机，此时电机带动滑动槽转动，当小车在槽内某一位置静止时，拉动弹簧测力计，观察平衡指示针指向刻度盘平衡中线时，读取弹簧测力计的数据，然后断开电源。
2、小车依次加入砝码片，分别计下小车质量，仍按照方法1实验，依次得到弹簧测力计数值，即向心力值。
3、将得到的质量与向心力值作出图象，得出关系结论。
(二)、探究半径r与向心力F关系1、将小车上的细绳收紧到半径较小的一个位置；2、接通电源，方法同实验一读取弹簧测力计示数；3、依次调节小车上的细绳长度，每次将小车转动半径增大1cm，分别重复上述操作，计下弹簧测力计值；4、画出半径与向心力图象，得出关系结论。
(三)、探究角速度ω与向心力F关系1、先将电机转速调节至最快档；2、用秒表测出外齿轮转动一周周期t，则电机周期T＝t/270(大、小齿轮传动比为180/10×180/12＝270)，利用ω＝2π/T求出角速度，方法同(一)读出向心力；
3、改变接入的分压电阻，将电机转速依次换档调慢，分别求出加速度ω及向心力F，作出加速度ω与向心力图象，得出关系结论。
注意事项观察弹簧测力计读数时，待指针稳定后读数；测角速度要从角速度大到小进行测量。
数据处理(一)半径r、角速度ω一定，探究质量m与向心力F关系
(二)质量m、角速度ω一定，探究半径r与向心力F关系图表
(三)质量m、半径r一定，探究角速度ω与向心力F关系图表
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
权利要求
1.一种圆周运动向心力研究仪，其特征是主要由底盘、支架、电机、接线柱、小车滚动槽、弹簧测力计滑槽、弹簧测力计、齿轮测速箱、平衡指示针组成，所述双臂支架固定在底盘上，支架双臂一端的T形板上固接平衡指示机构，指示机构包括平衡标示板、指示针、挂线架及挂绳耳，所述平衡标示板与T形板固接，指示针通过指针座与平衡标示板销接，挂线架及挂绳耳与指针座固接，并与销轴呈等臂杠杆，挂线架一端系细线，细线通过滑轮与置于滑槽内的弹簧测力计连接，挂绳耳一端系细绳，细绳通过介轮与置于小车滚动槽内的小车连接，所述小车滚动槽一端底部与设有小齿轮的电机输出轴固接，所述小齿轮与齿轮测速箱的大齿轮啮合，大齿轮与外齿轮同轴的小齿轮啮合，所述接线柱固接在与底盘连接的接线支架上。
2.根据权利要求1所述的圆周运动向心力研究仪，其特征是所述小车的细绳长度可调。
全文摘要
本发明涉及一种供中学生物理分组实验教学的圆周运动向心力研究仪，主要由底盘、电机、接线柱、小车滚动槽、弹簧测力计滑槽、弹簧测力计、齿轮测速箱、平衡指示针组成，支架双臂一端的T形板上固接平衡指示机构，平衡标示板与T形板固接，指示针通过指针座与平衡标示板销接，挂线架及挂绳耳与指针座固接，挂线架一端系细线与置于滑槽内的弹簧测力计连接，挂绳耳一端系细绳，细绳小车连接，滚动槽一端底部与设有小齿轮的电机输出轴固接，所述小齿轮与齿轮测速箱的大齿轮啮合。有益效果本装置通过测转速机构和测向心力机构使学生通过实际演示可分别改变质量、角速度、半径随时读出向心力数值，分别找出上述物理量与向心力的关系图象，从而推出向心力公式。
文档编号G09B23/00GK101025867SQ20071005647
公开日2007年8月29日 申请日期2007年1月17日 优先权日2007年1月17日
发明者魏涛, 王新生, 任金宏, 张杨 申请人:天津市海河中学