专利名称：新型向心力探究仪器的制作方法
技术领域：
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新型向心力探究仪器，属于中学教学用具领域，主要用于教学过程中探究向 心力与相关因素的具体关系。
技术背景
经过查新发现，现有的关于向心力方面的实验仪器或者装置主要使用测力计 直接测定物体转动所需的向心力大小，采用刻度尺直接测量物体转动的半径， 采用目测计数方式测定转速等方式来确定向心力公式当中涉及到的几个物理 量。但是采用这样的方式确定相关物理量存在以下几个方面的问题与向心力 相关的物理量在实验过程中无法方便自主的改变，基本上是预先设定好部分物 理量然后在实验过程中去寻找剩余物理量的临界值，使得整个实验过程变得很 被动，无法达到真正的探索性实验的目的。而且有的仪器当中实验的时候测力 计弹簧一起运动产生离心现象导致测力不准确。实验过程中读取转动半径的刻
度尺随转动臂一起转动使得实验过程中读取转动半径相当不方便和不准确。在 总结已有设备的优缺点的基础上该实用新型如下设计
发明内容
本实用新型所解决的技术问题是解决目前设备当中物体转动所需向心力 测量不准确的问题，解决现有设备当屮存在的与实验相关的物理量无法随心改 变而无法发到探索性试验目的的问题，解决现有设备当中读取物体实际转动半 径不方便以及不准确的问题。
为解决上述问题，我在新设计当中采用如下设计方案
1. 测力计采用螺母固定于固定臂上，让测力计静止，方便读数和根据实验要求 更换不同量程以及灵敏度的测力计。
2. 测力计与细绳之间通过钮环连接，防止实验过程中因细绳扭转过度而影响精 确测量实验半径和测量物体转动所需的向心力。
3. 用可变质量的小车作为研究物体，变研究物体与转动臂之间的滑动摩擦为转 动摩擦，减小摩擦力对所需向心力测量的影响。
4. 画笔采用十字型设计，可以灵安装和拆卸使画笔的尖细保证在刻度尺上划下 的刻度线条清晰，而且十字结构保证小车不脱离转动臂。
5. 转动臂采用凹槽型内部滑槽设计(见附图三)，将十字画笔穿过滑槽固定于 实验小车上，保证实验过程中小车无法脱离转动臂，保证实验安仝。6. 转动臂的转轴两侧有刻度，零刻度与转轴对齐，用于实验前通过计算确定配 重位置，减小实验过程中仪器的震动，提高实验精度。
7. 整个转动装置采用学生实验电机可调速地，通过调节电机输入电压调节电 机转速，将电机变速后与转动臂连接，保证转动臂匀速转动。
8. 测量实际转动半径的刻度尺固定，让随实验小车一起转动的画笔在刻度尺上 画出刻度读取实际转动半径，提高实际转动半径测量的精确度。
9. 转动臂转速的测定提供两种选择可以直接目测转动臂经过参考指针正上方 一定次数所用时间，求得转速；也可以将光电测速装置安装在光电门安装槽 上使用光电测速装置测定转速。
10. 刻度尺由刻度尺控制旋钮控制它在竖直方向较小范围内升降，以便测定转速 的时候将其略微升高，让画笔在上面划下一条刻度线再直接读取示数。
附图1为仪器正视二维平面图，附图2为转动电机调速电路图，附图3为 转动臂右上视角斜视图。
附图1中具体部件名称及作用是
1:测力计固定螺母，用于固定测力计，用螺母固定测力计方便根据实验要 求更换不同量程以及不同灵敏度的测力计，以提高实验过程中对小车转动所需 向心力的测定的精确度。
2:固定的测力计，将测力计固定有助于实验中直接读取它所测得的力的大 小，而且测力计固定避免了因为测力计随转动臂一起转动产生离心现象而使测 力不准确的弊端。
3:可拆卸的固定臂，用于固定测力计，在实验仪器运输的过程中可以将固 定臂拆卸以减小实验仪器所占的空间。
4:钮环，连接测力计与细绳，减小实验过程中细绳的扭转程度，防止实验 中因细绳过度扭转而影响精确测量实验半径和测量物体转动所需的向心力。
5:配重，配重上有固定螺母用于固定配重在转动臂上的位置，位置可调的 配置可以减小试验中整个仪器的震动，保证实验的精确度和实验安全。
6:光滑fe定滑轮，让细绳绕过定滑轮与测力计像连接，解决测力计必须跟 随转动臂一起转动的问题。
7:细绳，连接实验小车和测力计，细绳质量轻，减小测力计的测量误差， 而且可以通过细绳调节实验时实验小车的转动半径。
8:转动臂，用于安放配重和实验小车，而且转动臂上有刻度，这样方便根 据小车转动半径调节配重位置减小仪器震动。9:实验小车，通过更换位于重心竖直线上的相同大小不同质量的配重螺母 来改变质量达到随意改变实验研究质量的目的。
10:挡光片，在采用光电测速装置测定转速的时候，挡光片挡住光电门的 光路让光电门获得实验数据。
11:十字画笔，画笔尖位于重心竖直线上，用于在刻度尺上划下小车转动 半径。采用十字设计是为了保证实验小车不能脱离转动臂，保证实验安全。
12:转动臂，有可调速实验电机变速后带动保证转动臂匀速转动，达到实 验的匀速转动要求。
13:刻度尺，其刻度面稍微倾斜，利于师生去读刻度。而且刻度尺位置可 以在较小范围内垂直升降，在必要的时候才让画笔在刻度面上划下痕迹。
14:光电门安装槽，采用光电测速装置测定转速的时候用于安装光电门。 如果采用目测方式测得转速，则不用该配件。
15:参考指针，在通过目测方式测定转速的时候作为参考，确定转动臂经 过参考指针正上方的次数。
16:水准仪，在调节仪器底座螺母的时候辅助调节，使仪器底座水平，从 而保证测力计处于竖直方向上。
17:描点控制旋钮，用于控制刻度尺在竖直方向上较小范围内的升降，辅 助测定实验小车的实际转动半径。
18:调速旋钮，通过调速旋钮调节电机的输入电压，从而达到调节电机转 动速度的目的。
19:接线柱，用于接入可调速电机电源。
20:电源开关，控制整个实验仪器的电源，方便实验操作。 附图3中1是画笔活动槽，让画笔可以在活动槽内自由的活动，保证实验 过程中转动臂不影响画笔的运动，而且画笔的十字结构无法穿过活动槽保证画 笔无法脱离转动臂从而保证实验小车无法脱离转动臂，保证实验安全。
具体实施方式
1.实验前的准备_
1. 1调节仪器底座水平，选择好测力计并将其固定在固定臂上。
1.2称量实验小车以及选用的配重螺母的总质量附。
1.3用细绳将实验小车和测力计之间连接好，而且根据大致转动半径确定好 配重的位置后旋紧配重的固定螺母。'
1.4断开电源开关，将电源线接在接线柱上，将调速旋钮调至最低转速处。2. 开始实验
2.1打开电源开关，缓慢调节调速旋钮并观察转动臂转动情况，当达到一定 转速后就停止调节调速旋钮，不要让转动臂转动的太快避免实验出现危 险。
2.2待到转动臂转动稳定之后开始测定转动臂转速《。设计提供两种测定转 速的方式a:借助秒表通过目测转动臂经过参考指针正上方一定次数所 用的时间，计算出转速；b:通过光电测速装置自动测速，实验之后直 接从光电测速装置上读取转速。
2. 3转速测定完成之后随即注意观察测力计示数，并且准备调节描点控制旋 钮，在调节描点控制旋钮的同时读取测力计示数F，尽量保证转动半径 的测量和测力计示数的读取时同一实验瞬间以提高实验精度。
2.4关闭电源开关，转动臂静止之后从刻度尺上读取实验小车的转动半径"
2. 5分别更换小车上的配重螺母改变实验研究质量、改变细绳连接长度变化
实验研究半径、改变实验研究转速重复上述步骤进行实验，获得不同实 验条件下的实验数据并且分别记录实验数据。
2.6完成整个实验过程，进行数据处理，探究实验数据当中存在的规律，得 出向心力相关的规律。
3. 实验注意事项
3. 1实验开始之前应该要将实验仪器底座调至水平。
3. 2从测定转速开始直到本次实验完成都不得调节调速旋钮改变转速。
3. 3测定转速、读取测力计示数、刻度尺描点测定半径三个过程在尽量短的 时间间隔内完成，以尽量保证三个物理量的同时性。
权利要求1.新型向心力探究仪器，包括固定臂、固定的测力计、钮环、转动臂、配重、实验小车、十字画笔、静止的刻度尺、参考指针、光电门安装槽、调速旋钮，其特征在于测力计用螺母固定，测力计静止而且可以更换。
2. 根据权利要求l所述的新型向心力探究仪器，其特征在于实验小车与测力 计之间采用钮环和细绳连接。
3. 根据权利要求1所述的新型向心力探究仪器，其特征在于转动臂上有零刻 度与转轴对齐的刻度。
4. 根据权利要求l所述的新型向心力探究仪器，其特征在于描画实际转动半 径的画笔采用十字构造。
5. 根据权利要求l所述的新型向心力探究仪器，其特征在于测量实际转动半 径的刻度尺静止，而且其竖直高度可调。
6. 根据权利要求1所述的新型向心力探究仪器，其特征在于参考指针、光电 门安装槽为实验过程中提供两种不同的转速测定方式。
7. 根据权利要求l所述的新型向心力探究仪器，其特征在于整个实验过程中 可以用调速旋钮来调节转动臂的转速。
专利摘要新型向心力探究仪器是一种中学物理教学实验仪器，主要用于探究向心力以及与向心力相关因素之间的具体关系。该实用新型用于解决已有仪器当中存在的如下问题与向心力相关的物理量在实验过程中无法方便自主的改变、实验时测力计弹簧一起运动产生离心现象导致测力不准确、摩擦力对所需向心力测定的影响过大、刻度尺随转动臂转动导致实验过程中读取转动半径不方便和不准确。为解决上述问题，在该实用新型中用螺母1将测力计固定方便读取示数，采用钮环4防止因细绳过度扭转而导致测力和测量实际转动半径不准确，采用小车9为研究对象减小研究物体所受的摩擦力对所需向心力测定的影响，采用十字画笔11和固定刻度尺13结合使刻度尺静止，方便读取实际转动半径。
文档编号G09B23/10GK201402545SQ200920080528
公开日2010年2月10日 申请日期2009年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者何金营 申请人:何金营