专利名称：一种向心力实验演示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种向心力实验演示装置，属于物理教学演示领域。
背景技术：
目前的中学物理教学中存在很多难点，这些难点对于学生来说理解上存在困难， 其主要原因就是过于抽象，在没有生动实验或现实展示的基础上，单纯的将其中的物理规律或物理公式硬邦邦的塞给学生，学生很难接受，即使被迫接受了也不能留下深刻印象，最多只能做到只知表象，不究原理，从而难于在实际中理解并应用。这其中的一个难点就是向心力，向心力的公式是或m 2r，其中的m为进行圆
周运动的物体的质量，r为半径，ν为线速度，ω为角速度，老师在讲到这一章节内容的时候，由于缺乏相应的演示装置，往往是简单的将该公式直接告诉学生，这就是向心力公式， 学生也只能是在不理解的情况下被迫接受，这样授课的效果可以想象，与我们所倡导的素质教育，快乐教育是完全背道而驰的，最终的结果就是老师费了很大力气，结果学生还是没有搞明白，本发明正是针对于此而提出了一种简单，生动，形象的向心力演示实验，通过该实验，能让学生们真实的看到向心力与质量，半径和速度三者的关系，从而让学生很快的理解并记住向心力的公式。
发明内容
根据本发明的一实施例，提供了一种向心力演示实验装置，包括电动机(1)，与电动机机械连接的转轴(2)，转轴(2)在电动机的带动下转动，在转轴(2)上水平设置有转盘 (3)，转盘(3)与转轴(2)固定在一起，转轴(2)带动转盘(3)进行转动，在转盘(3)的上表面上设置有向心力测量单元(4)，所述测量单元(4)包括容置圆周运动物体的箱体和设置在箱体的一侧壁上的用于测量所述圆周运动物体的向心力的压力传感器(5)，所述压力传感器(5)和电动机⑴分别与控制器(9)连接，控制器9包括控制电路和显示器，显示器用于显示所述圆周运动物体的圆周运动中的参数。优选的，所述测量单元⑷包括多个，该多个测量单元⑷中至少有两个设置距转轴相等的半径上，至少有两个设置距转轴不等的半径上，并且设置距转轴相等的半径上所述至少两个测量单元可容置不同质量的圆周运动物体，设置在距转轴不等的半径上的所述至少两个测量单元可容置相同质量的圆周运动物体。优选的，所述箱体为正方体，所述圆周运动物体为球体，并且都为不锈钢材料制作并且表面打磨光滑。优选的，所述压力传感器(5)与控制器(9)之间通过无线方式连接。优选的，所述压力传感器(5)与控制器(9)之间通过有线连接，压力触感器(5)通过导线(7)和电刷与信号连接器(8)连接，信号连接器(8)通过导线与控制器(9)连接。优选的，所述参数包括圆周运动物体的质量，角速度，半径和向心力。优选的，所述转轴⑵为空心柱体。
优选的，所述圆周运动物体上标注有自身质量。
优选的，所述不同的质量为整数倍关系，所述不等的半径为整数倍关系。优选的，所述所述侧壁为箱体的与转盘(3)的径向垂直的并且远离转轴的侧壁， 并且箱体的与所述侧壁相对的一侧没有设置侧壁或者设置有可打开与闭合的侧壁。
附图1是本发明向心力实验演示装置示意图；附图2是本发明向心力实验演示装置中向心力测力部的示意图；附图3是本发明向心力实验演示装置中向心力测力部在没有放置圆周运动物体时沿转盘径向向外看过去的示意图；附图4和附图5是本发明向心力实验演示装置中向心力测力部在放置有圆周运动物体(分别为平行六面体和球体)时沿转盘径向向外看过去的示意图；附图6是本发明向心力实验演示装置中向心力测力部的电信号使用导线连接情况示意图。
具体实施例方式下面将在结合附图的基础上详细描述本发明的向心力实验演示装置，该装置包括电动机1，与电动机机械连接的转轴2，转轴2在电动机的带动下转动，转轴2可以实心柱体或空心柱体，如果压力传感器的电信号传输采用导线传输，则转轴2就是空心柱体，以供其中的导线7在其中穿过。在转轴2上水平设置有转盘3，转盘3与转轴2固定在一起， 转轴2带动转盘3进行转动。其中转轴2穿过转盘3的圆心，在转盘3的上表面上设置有多个向心力测量单元4，至少为三个，其中多个向心力测量单元4可大小不同，可位于不同长度的半径上，也即其中有的测量单元4中可以放置质量较大的圆周运动物体，有的则可以放置质量较小的圆周运动物体，优选在同一长度的半径上设置有至少两个可放置不同质量的圆周运动物体的测量单元4，而在不同长度的半径上则设置有至少两个可放置相同质量的圆周运动物体的测量单元4。测量单元4包括容置圆周运动物体的箱体和设置在箱体的一侧的用于测量容置在箱体内的圆周运动物体的向心力的压力传感器5，如附图2所示，其中压力传感器5位于箱体的与转盘3的径向垂直的并且远离转盘圆心的侧壁上，沿着转盘 3的径向向远离圆心的方向看过去时，如附图3所示，其中压力传感器的一端进入到测量单元的箱体内，用于接触放置在箱体内的圆周运动物体，在附图3中，外侧的大正方形表示测量单元的箱体，内侧的小矩形表示进入箱体内的压力传感器。其中箱体只具有五个侧壁，在设置有压力传感器的相对侧上没有侧壁，也即是一个具有开口的箱体，以便于在箱体内放置圆周运动的物体，当然，箱体也不必是开口的，而是在设置有压力传感器的侧壁的相对侧上设置有一个可以打开和闭合的侧壁，当需要放置圆周运动物体时将该侧壁打开即可。压力传感器与信号连接装置8连接，信号连接装置8与电动机1则分别与控制器9连接。控制器9包括控制电路和显示器。由控制器9可控制电动机1的转速，并将转速实时显示在显示器上，显示在显示器上的转速为角速度。其中压力传感器5与信号连接装置8之间的连接可以无线或有线的方式，附图6示出了一种有线的连接方式，为了示出的方便，在附图 6中将转轴进行了放大，并且在转盘3上只示出了压力传感器5，使用导线7将压力传感器5连接，导线7沿转盘的上表面或下表面通过转轴2中的孔进入并固定到转轴2内的空腔内，转轴2为空心柱体结构，导线7在转轴2内向上延伸，在转轴2的顶端设置有旋转电刷， 旋转电刷与信号连接装置8连接，这样就可以实现旋转运动的导线与固定的信号连接装置 8之间的电连接。当然，也可以无线连接装置，该无线连接装置包括位于压力传感器5上或者位于转轴2顶端的信号发射装置，还包括位于信号连接装置8上或者位于控制器上的信号接收装置，从而将压力传感器所感测到的压力值(也即向心力)传导到控制器上 并显示在显示器上。附图6中虽然只示出了一个压力传感器的连接，但是这仅仅是为了简单说明的图示，其中转盘上的每个压力传感器均是与控制器9具有无线或有线的信号连接。在进行演示实验时，在箱体内放置进行圆周运动的物体，该圆周运动的物体可以是与箱体相似的形状，如附图4所示，外侧的正方形表示箱体，内侧与箱体紧贴在一起的是一个正方形的圆周运动物体，圆周运动物体还可以是一个球体，如附图5所示，外侧的正方形表示箱体，内侧与箱体相切的是一个球形的圆周运动物体，其中圆周运动物体的形状并不限于上述两种情况，还可以是其他的形状，为了保证实验结果的准确性，圆周运动的物体与箱体之间应当不具有摩擦力，所以圆周运动的物体与箱体接触的侧壁应当尽可能打磨光滑，所以箱体和圆周运动物体最好都采用打磨光滑的不锈钢材料，而由于球形与正方形接触的面积仅局限于相切处，从而可进一步降低摩擦力，所以圆周运动物体优选采用球形，而箱体采用正方形。当把球形或六面体形状的圆周运动物体放置到箱体内后，位于侧壁上的压力传感器正好抵触在圆周运动物体侧面的中心点上，当圆周运动物体随转盘3 —起转动起来后，圆周运动物体的向心力全部由压力传感器的支持力来提供，而压力传感器正好能够测量出该支持力，并通过有线或无线的方式传输到控制器9中。其中的圆周运动物体包括多个质量的物体，其中每个物体上都标注了其本身的质量，这类似于天平秤的砝码。在进行演示实验的过程中，控制器9的显示器上至少会显示每个圆周运动物体的向心力和质量，转盘转动的角速度，以及每个圆周运动物体所处位置处的半径长度，也即箱体位置处的半径长度。为了实验简单直观，圆周运动物体的质量之间优选设置为整数倍关系，比如说， 一个圆周运动物体的质量是50g，那么与它质量不同的圆周运动物体可以设置为IOOg或 150g，而转盘3上向心力测量单元的设置位置处的半径之间的关系也优选设置为整数倍关系，比如说一个测量单元设置在距离转轴IOcm的位置处，则与它半径不同的测量单元优选设置在20cm或30cm处。下面来简单说明一下使用该装置进行实验演示的过程，分三步分别沿演示向心力与各因素之间的关系，首先演示向心力与角速度之间的关系，在向心力测量单元内放置进行圆周运动的球体，然后使用电动机带到转盘3转动，此过程中可不断增加电动机的转速， 学生可以从显示器上看到随着电动机转速的不断增加，进行圆周圆周运动的球体的向心力也在不断的增加，并且通过几个角速度下的向心力值推算出向心力与角速度的平方成线性关系。接下来演示向心力与质量之间的关系，在处于相等半径长度的2个测量单元的箱体内分别放置质量不同的球体，优选一个是另外一个的2倍，学生会从显示器上看到两个球体所受到的向心力也是2倍的关系，则验证了向心力与质量是线性关系。最后演示向心力与半径之间的关系，在处于不同半径的测量单元的箱体内分别放置质量相同的球体，优选一个箱体的半径为另外一个箱体的2倍，学生会从显示器上看到两个球体在相同的转速下所受到的向心力也是2倍关系，从而验证了向心力与半径的关 系。
权利要求
1.一种向心力演示实验装置，包括电动机(1)，与电动机机械连接的转轴(2)，转轴(2) 在电动机的带动下转动，在转轴(2)上水平设置有转盘(3)，转盘(3)与转轴(2)固定在一起，转轴(2)带动转盘(3)进行转动，在转盘(3)的上表面上设置有向心力测量单元(4)，所述测量单元(4)包括容置圆周运动物体的箱体和设置在箱体的一侧壁上的用于测量所述圆周运动物体的向心力的压力传感器(5)，所述压力传感器(5)和电动机(1)分别与控制器 (9)连接，控制器9包括控制电路和显示器，显示器用于显示所述圆周运动物体的圆周运动中的参数。
2.根据权利要求1所述的装置，所述测量单元⑷包括多个，该多个测量单元⑷中至少有两个设置距转轴相等的半径上，至少有两个设置距转轴不等的半径上，并且设置距转轴相等的半径上所述至少两个测量单元可容置不同质量的圆周运动物体，设置在距转轴不等的半径上的所述至少两个测量单元可容置相同质量的圆周运动物体。
3.根据权利要求1或2所述的装置，所述箱体为正方体，所述圆周运动物体为球体，并且都为不锈钢材料制作并且表面打磨光滑。
4.根据权利要求1或2所述的装置，所述压力传感器(5)与控制器(9)之间通过无线方式连接。
5.根据权利要求1或2所述的装置，所述压力传感器(5)与控制器(9)之间通过有线连接，压力触感器(5)通过导线(7)和电刷与信号连接器(8)连接，信号连接器(8)通过导线与控制器(9)连接。
6.根据权利要求1或2所述的装置，所述参数包括圆周运动物体的质量，角速度，半径和向心力。
7.根据权利要求5所述的装置，所述转轴(2)为空心柱体。
8.根据权利要求1所述的装置，所述圆周运动物体上标注有自身质量。
9.根据权利要求2所述的装置，所述不同的质量为整数倍关系，所述不等的半径为整数倍关系。
10.根据权利要求1或2所述的装置，所述所述侧壁为箱体的与转盘(3)的径向垂直的并且远离转轴的侧壁，并且箱体的与所述侧壁相对的一侧没有设置侧壁或者设置有可打开与闭合的侧壁。
全文摘要
一种向心力演示实验装置，包括电动机(1)，与电动机机械连接的转轴(2)，转轴(2)在电动机的带动下转动，在转轴(2)上水平设置有转盘(3)，转盘(3)与转轴(2)固定在一起，转轴(2)带动转盘(3)进行转动，在转盘(3)的上表面上设置有向心力测量单元(4)，所述测量单元(4)包括容置圆周运动物体的箱体和设置在箱体的一侧壁上的用于测量所述圆周运动物体的向心力的压力传感器(5)，所述压力传感器(5)和电动机(1)分别与控制器(9)连接，控制器(9)包括控制电路和显示器，显示器用于显示所述圆周运动物体的圆周运动中的参数。
文档编号G09B23/10GK102222433SQ201110162750
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者叶歆 申请人:叶歆