一种向心力演示验证装置的制作方法

本实用新型涉及教学演示的技术领域，特别涉及一种向心力演示验证装置。

背景技术：

演示是指通过一些方式和工具，将信息传达给他人；是一种信息传达的行为方式；利用实验或实物、工具把事物的过程显示出来的过程，让人认识或理解。

物理教学的重点在于验证，而“向心力”是一个重要的知识点，向心力是当物体沿着圆周或者曲线轨道运动时，指向圆心(曲率中心)的合外力作用力；“向心力”一词是从这种合外力作用所产生的效果而命名的；这种效果可以由弹力、重力、摩擦力等任何一力而产生，也可以由几个力的合力或其分力提供，同学一般难以理解，所以就需要一个多功能的向心力演示装置来进行物理学验证。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种向心力演示验证装置，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种向心力演示验证装置，包括柱腿，所述柱腿的上端固定连接有工作台，所述工作台的上端两侧分别转动连接有第一调节盘和第二调节盘，所述工作台的一侧固定连接有光电计时器，所述工作台的下侧一端固定连接有导电环，所述工作台的下端通过斜固定板转动连接有主动盘，所述第一调节盘和第二调节盘通过第一皮带相互转动连接，所述第一调节盘和第二调节盘的上端均固定连接有固定块，所述固定块的上端分别固定连接有第一运动轨体和第二运动轨体，所述第一运动轨体和第二运动轨体的外侧粘接有标尺，所述第一运动轨体和第二运动轨体的一端设置有中心钻孔，所述第一运动轨体的第二运动轨体的另一端设置有轨道，所述中心钻孔的一侧通过供电线连接到另一端的第一压力传感器和第二压力传感器上，所述第一运动轨体的一端设置有档光片，所述主动盘通过第二皮带转动连接有从动盘，所述从动盘的下端通过协助架固定连接有工作台，所述协助架的下端设置有导电环。

进一步地，所述主动盘的一侧预留有契合杆，能够契合手动摇杆或同步慢速电动机的输出轴作为驱动动力，所述主动盘通过交错的第二皮带转向传递给从动盘，并且通过同一个动力轴传递到上端的第一调节盘转动。

进一步地，所述第一调节盘和第二调节盘为多级可调阶梯，所述第一调节盘由上往下直径逐步变宽，所述第二调节盘由上往下直径逐步变窄，所述第一调节盘和第二调节盘通过第一皮带相连接，并且转速相等，所述第一调节盘和第二调节盘的中部设置有中心钻孔便于线缆穿入。

进一步地，所述导电环为一个中部带有孔洞的圆柱，所述导电环中部与第一调节盘、第二调节盘、第一运动轨体和第二运动轨体中部的中心钻孔贯通，便于供电线通过。

进一步地，所述第一压力传感器和第二压力传感器采用同类型的压力传感器来监测球体向外的向心力，所述第二压力传感器为固定式，一侧通过螺栓加固，所述第一压力传感器为可调式，一侧通过轨道进行一定的调节，通过调节模拟臂长变化直观地显示出小球在运动过程中所受向心力的大小。

进一步地，所述光电计时器分为一个发射端和一个接收端，形成光栅，所述光电计时器通过一个较长的固定杆安装在工作台的一侧，并且不影响第一运动轨体的转动，所述光电计时器随着第一运动轨体上的档光片转动遮挡光栅，从而产生信号被记录圈数。

进一步地，所述第一运动轨体的第二运动轨体为矩形状内凹槽，所述第一运动轨体的第二运动轨体的长度和宽度均一致，所述第一运动轨体的第二运动轨体中部通过四个螺栓与固定块相固定，并且随着第一调节盘和第二调节盘转动。

进一步地，所述档光片为一个倾斜的铁皮，所述档光片安装在第一运动轨体的末端，并且随着转动，所述档光片阻隔光电计时器的光栅从而被记录。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1.该实用新型装置使用了第一压力传感器和第二压力传感器能够直接将向心力最直接的用数值体现，便于学生最为直观的理解；

2.该实用新型装置光电计时器能够有效通过档光片旋转的次数来记录运动圈数，从而记得运动周期；

3.该实用新型装置在第一运动轨体内的轨道调节第一压力传感器从而使得运动轨道半径可以连续调整；

4.该实用新型装置能够通过手动摇杆或同步慢速电动机提供均匀的速度，最能直观的观测两组运动轨体内球体向心力的运动规律变化；

5.该实用新型装置能够有效直观高效的演示多种向心力变化的外在原因，并且通过最为直观的数值便于学生能够理解向心力的变化。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型整体结构俯视图。

图3为本实用新型光电计时器工作姿态结构示意图。

图4为本实用新型导电环结构示意图。

图5为本实用新型第一运动轨体结构示意图。

图6为本实用新型第二压力传感器结构示意图。

图中：1、柱腿；2、工作台；3、第一调节盘；4、第一皮带；5、第一运动轨体；6、固定块；7、标尺；8、光电计时器；9、第一压力传感器；10、档光片；11、第二压力传感器；12、第二运动轨体；13、第二调节盘；14、导电环；15、主动盘；16、斜固定板；17、第二皮带；18、从动盘；19、协助架；20、中心钻孔；21、供电线；22、轨道。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-6所示，一种向心力演示验证装置，包括柱腿1，所述柱腿1的上端固定连接有工作台2，所述工作台2的上端两侧分别转动连接有第一调节盘3和第二调节盘13，所述工作台2的一侧固定连接有光电计时器8，所述工作台2的下侧一端固定连接有导电环14，所述工作台2的下端通过斜固定板16转动连接有主动盘15，所述第一调节盘3和第二调节盘13通过第一皮带4相互转动连接，所述第一调节盘3和第二调节盘13的上端均固定连接有固定块6，所述固定块6的上端分别固定连接有第一运动轨体5和第二运动轨体12，所述第一运动轨体5和第二运动轨体12的外侧粘接有标尺7，所述第一运动轨体5和第二运动轨体12的一端设置有中心钻孔20，所述第一运动轨体5的第二运动轨体12的另一端设置有轨道22，所述中心钻孔20的一侧通过供电线21连接到另一端的第一压力传感器9和第二压力传感器11上，所述第一运动轨体5的一端设置有档光片10，所述主动盘15通过第二皮带17转动连接有从动盘18，所述从动盘18的下端通过协助架19固定连接有工作台2，所述协助架19的下端设置有导电环14。

其中，所述主动盘15的一侧预留有契合杆，能够契合手动摇杆或同步慢速电动机的输出轴作为驱动动力，所述主动盘15通过交错的第二皮带17转向传递给从动盘18，并且通过同一个动力轴传递到上端的第一调节盘3转动，通过设置主动盘15能够有效地连接多种驱动，如手动或慢速电机提供平稳的转动力。

其中，所述第一调节盘3和第二调节盘13为多级可调阶梯，所述第一调节盘3由上往下直径逐步变宽，所述第二调节盘13由上往下直径逐步变窄，所述第一调节盘3和第二调节盘13通过第一皮带4相连接，并且转速相等，所述第一调节盘3和第二调节盘13的中部设置有中心钻孔20便于线缆穿入，通过设置第一调节盘3和第二调节盘13能够调节两侧的转盘同步转动的转速，通过调节第一皮带4从而使得转速的变化，使得两侧的向心力数值得到最直观的变化，便于教学学生的理解。

其中，所述导电环14为一个中部带有孔洞的圆柱，所述导电环14中部与第一调节盘3、第二调节盘13、第一运动轨体5和第二运动轨体12中部的中心钻孔20贯通，便于供电线21通过。

其中，所述第一压力传感器9和第二压力传感器11采用同类型的压力传感器来监测球体向外的向心力，所述第二压力传感器11为固定式，一侧通过螺栓加固，所述第一压力传感器9为可调式，一侧通过轨道22进行一定的调节，通过调节模拟臂长变化直观地显示出小球在运动过程中所受向心力的大小，验证以下关系1.定量验证向心力与质量、周期和半径的关系；2.直观定性演示向心力与质量、周期和半径的关系；3.左右两边对比，直观定性演示向心力与质量、周期和半径的关系。

其中，所述光电计时器8分为一个发射端和一个接收端，形成光栅，所述光电计时器8通过一个较长的固定杆安装在工作台2的一侧，并且不影响第一运动轨体5的转动，所述光电计时器8随着第一运动轨体5上的档光片10转动遮挡光栅，从而产生信号被记录圈数，用于记录运动轨体的周期，圈数提供验证最直观的数据。

其中，所述第一运动轨体5的第二运动轨体12为矩形状内凹槽，所述第一运动轨体5的第二运动轨体12的长度和宽度均一致，所述第一运动轨体5的第二运动轨体12中部通过四个螺栓与固定块6相固定，并且随着第一调节盘3和第二调节盘13转动，形成两个能够相互对比的案例，便于学生能够从直观的对比中了解学习向心力。

其中，所述档光片10为一个倾斜的铁皮，所述档光片10安装在第一运动轨体5的末端，并且随着转动，所述档光片10阻隔光电计时器8的光栅从而被记录，提供给光电计时器8最简单的记录方式。

需要说明的是，本实用新型为一种向心力演示验证装置，

使用步骤：

通过第一压力传感器9和第二压力传感器11的直接测量向心力大小数值，然后测量小球在第一运动轨体5和第二运动轨体12运动半径，放入小球质量，光电计时器8记录的运动周期，就可以验证，根据向心力公式算出来的向心力是否跟测量出来的向心力大小是否相同，从而达到验证向心力公式的目的。

1.定量验证向心力与质量、周期和半径的关系

首先通过在主动盘15的一侧安装同步慢速电动机，测量测试用金属小球质量m，调节第一压力传感器9的旋转半径，记下读数r，打开第一压力传感器9和第二压力传感器11开关并清零，打开光电计时器8，设置为测量转动周期，打开电动机开关，匀速旋转后记录周期光电计时器8读数t，并记录下第一压力传感器9和第二压力传感器11数据，通过计算验证跟f是否相等；保持金属小球质量m，旋转半径r不变，更换不同电动机，即改变运动周期t，进行实验，验证跟f是否相等；保持金属小球质量m，更换为初始电动机，改变运动半径，进行实验，验证跟f是否相等；保持电动机和运动半径不变，更换为质量不同小球，并测量质量，进行实验，验证跟f是否相等；通过多次实验，记录数据填入表格，对数据进行处理研究，从而验证向心力公式。

2.直观定性演示向心力与质量、周期和半径的关系

首先在第一运动轨体5和第二运动轨体12中放入小球，手动摇动转动摇手，摇动过程中不断加快速度，观察第一压力传感器9和第二压力传感器11示数，定性演示向心力与周期的关系；卸掉转动摇手，使用同步低速电动机带动主动盘15运动，保证小球做匀速圆周运动周期不变，同时运动半径保持相同，两次实验，使用不同质量小球，观察第一压力传感器9和第二压力传感器11示数，定性演示向心力与质量的关系；使用同一同步低速电动机带动主动盘15运动，保证小球做匀速圆周运动周期不变，同时使用相同质量小球，两次实验，调整不同运动半径，观察第一压力传感器9和第二压力传感器11示数，定性演示向心力与半径的关系。

3.左右两边对比，直观定性演示向心力与质量、周期和半径的关系

调节第一调节盘3和第二调节盘13上的第一皮带4，左右使用两个相同半径调节盘，并且调节第一压力传感器9的位置使得两侧小球运动半径一样，也就是控制变量，运动周期，半径相同。使用不同质量小球，一边放铝球，一边放小球，摇动转动摇手，使得两小球做圆周运动，观察两边向心力大小，定性演示向心力与质量的关系；调节第一皮带4，左右使用不同半径调节盘，并调节第一压力传感器9的位置使得小球运动半径一样，两边放相同质量小球，也就是控制变量半径，质量一样，摇动转动摇手，使得两小球做圆周运动，观察两边向心力数值大小，定性演示向心力与周期的关系；调节第一皮带4，左右使用两个相同半径调节盘，使用相同质量小球，并且调节两小球运动半径不一样，也就是控制变量，运动周期，质量，摇动转动摇手，使得两小球做圆周运动，观察两边向心力大小；定性演示向心力与半径的关系。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。