专利名称：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学教学实验仪器，确切地说是向心力演示器。
向心力实验是高级中学物理课的重要实验之一，向心力公式是F＝mω2r，ω＝2πn，所以，公式可写成F＝4π2n2mr。验证公式就要求准确测出向心力F，转速n，质量m，半径r，并要求这些物理量可变，由于现有的向心力演示器是手动的，就很难较精确地测定这些物理量，发明人曾在去年申请一种以电力驱动的向心力实验器，申请号88213705.0，对测定实验数据已达到精确目的，但是，教师在课堂教学时无法使用向心力实验器做演示实验，因为，学生无法看清实验数据。
本实用新型的目的是要提供一种以电力驱动的向心力演示器，它改进了向心力实验器，既能精确地测出质量、转速、向心力和半径，并能把测出的数据放大显示，使学生有清晰的可见度，加强直观教学的效果。
本实用新型的目的是这样实现的，一种向心力演示器，由机壳、转轴、横杆、半径刻度尺，向心力刻度尺、触片、弹簧，砝码盘、半径放大显示装置和向心力放大显示装置所构成，其特征在于转轴(18)与机壳(1)是动连接，横杆(9a、9b)与转轴(18)是固定连接，横杆(9a、9b)上装有可调整位置的定位圈(11a、11b)，两个重物(8a、8b)上方分别装有二个滚轮(10a、10b)，滚轮(10a、10b)的中部有弧形凹槽，分别跨在横杆(9a、9b)上，定位圈(11a、11b)与重物(8a、8b)之间有弹簧(17a、17b)连接；机壳(1)上装有测半径刻度尺(4)、向心力刻度尺(15)、计数灯(13)、测力指示灯(14)、测半径指示灯(5)；机壳(1)的背板上有接线柱(19)、向心力旋钮(20)、测半径旋钮(25)、电机开关(24)、调速器(23)；机壳(1)内装有一只6V直流电机，经小皮带轮、大皮带轮和皮筋把动力传递给转轴(18)；机壳(1)内还装有半径放大显示装置和向心力放大显示装置；半径放大显示装置由半径传动轴(32)、半径传动轮(33a、33b)、小轮(28c、28d)、传动线(29c、29d)绕线轮(30c、30d)、绕纸带圆筒(31c、31d)和半径数值放大纸带(3)所组成；向心力放大显示装置由测力传动轴(26)、测力传动轮(27a、27b)、小轮(28a、28b)、传动线(29a、29b)、绕线轮(30a、30b)、绕纸带圆筒(31a、31b)和向心力数值放大纸带(12)所组成。绕线轮(30)与传动轮(27b、33b)的半径是14，传动轮(27a、27b、33a、33b)与绕纸带圆筒(31a－d)的半径相等。
测力刻度尺定位器(39)由定位螺钉(22)与支架(38a)是动连接，另有二只螺钉与向心力刻度尺(15)连接。
调节转速的调速器(23)是线绕变阻器。
本演示器采用6V直流电源，由直流小电机带动转轴(18)旋转，从而带动横杆(9)和重物(8)旋转，用线绕变阻器作调速器进行无级调节转速，保证重物(8)作匀速圆周运动，且转速连续可调，可在某一转速下稳定地测出转速，向心力和半径。
本演示器在测半径数值和半径放大显示数值是这样完成的当重物(8)在作匀速旋转时，用手旋转测半径旋钮(25)，同时，测半径传动轮(33a、33b)、传动线(29c、29d)、小轮(28c、28d)、绕线轮(30c、30d)、绕纸带圆筒(31c、31d)都随着旋转，传动线(29c)带动测半径游标(36)，游标(36)即在游标支架(38b)上水平方向移动，与游标(36)连接一起的触片(6)碰到正在旋转的重物(8a)下的触点(7)时，导通电源，半径指示灯(5)亮一下，与测半径触片(6)一体的下端指针，指出半径刻度尺(4)上的数值，就是重物(8)的旋转半径r。随着传动线(29d)和绕线轮(30c30d)的转动，半径数值放大纸带(3)也就同步水平移动，由于绕线轮(30c、30d)与半径传动轮(33b)的半径是14，这样传动轮(33b)转一转，绕线轮(30c、30d)转4转，半径数值放大纸带(3)移动的距离比游标(36)移动距离大4倍，半径数值在本演示器的正面就清晰可见。
向心力的放大显示是这样完成的，本演示器在运行前必须调零，首先用手把带有触点(7)的重物(8a)旋置在测力刻度尺(15)上方，旋松测力刻度尺定位螺钉(22)，移动测力刻度尺(15)，使其零刻度与重物(8a)下的触点(7)在一垂直线上，旋紧测力刻度尺定位螺钉(22)，使测力刻度尺(15)定位；测力刻度尺(15)用两只螺钉固定在测力刻度尺定位器(39)上，定位器(39)与支架(38a)是动连接，旋紧定位螺钉(22)时，测力刻度尺定位器(39)即固定不动；旋松测力游标定位螺钉(21)，水平移动测力游标(34)，使测力游标(34)上的测力触片(16)下端的指针与测力刻度尺(15)上的零点对齐，旋紧定位螺钉(21)使之与传动线(29b)压紧，这时，调零工作即完成。当重物(8)在某一固定转速下做匀速圆周运动时，用手旋转测力旋钮(20)，由于测力旋钮(20)与测力传动轴(26)是固定连接，这样，测力传动轮(27a、27b)、传动线(29b、29a)、小轮(28a、28b)、绕线轮(30a、30b)和绕纸带圆筒(31a、31b)都同步转动，测力游标(34)随传动线(29b)作水平方向移动，当与测力游标(34)连接一体的测力触片(16)接触重物(8a)下的触点(7)一次，导通电源，测力指示灯(14)亮一下，这时，测力触片(16)下端的指针，指向测力刻度尺(15)上的读数，即是向心力数值F；随着绕线轮(30a、30b)和绕纸带圆筒(31a、31b)的同步转动，向心力放大纸带(12)作水平向移动，由于绕线轮(30a、30b)与测力传动轮(27a、27b)的半径是14，向心力纸带(12)的移动距离比游标(34)移动距离放大4倍，所测出的向心力数值F，在本演示器正面就放大显示出来。
为了测定转速n，当重物(8)做匀速圆周运动时，每转一转，接触开关导通电源一次，计数灯(13)亮一次，这时，按动计时表，记录转动20转所需时间，转数／时间＝转速，将已知的质量(重物)m、测出的半径r、向心力F和转速n代入公式F＝4π2n2mr即可验证，如果变换其中任何两个物理量，重新做实验，可找出各量之间关系，这样，学生就能加深对公式的理解。
本实用新型的优点是本演示器能保证长时间匀速旋转，测量数据准确，相对误差小，结构紧凑，操作方便，尤其是具有向心力和半径数值放大显示装置，使学生在做实验时，数值清晰可见，加强了直观教学效果，此外，本演示器外形对称美观，成本低廉，实为物理学教学的理想仪器之一。
附
图1向心力演示器正视图附图2向心力演示器背视图附图3图2的A－A剖视图附图4图3的B－B剖视图附图5图3的C－C剖视图附图6向心力演示器电路
图1－机壳，2－机脚，3－半径数值放大纸带，4－半径刻度尺，5－测半径指示灯，6－测半径触片，7－触点，8a、8b重物，9a、9b横杆，10a、10b－滚轮，11a、11b－定位圈，12－向心力数值放大纸带，13－计数灯，14－向心力指示灯，15－向心力刻度尺，16－测力触片，17a、17b－弹簧，18－转轴，19－接线柱，20－向心力旋钮，21－测力游标定位螺钉，22－测力刻度尺定位螺钉，23－调速器，24－电机开关，25－测半径旋钮，26－测力传动轴，27a、27b－测力传动轮，28a－d小轮，29a－d传动线，30a－d绕线轮，31a－d绕纸带圆筒，32－测半径传动轴，33a、33b－测半径传动轮，34－测力游标，35a－c紧固螺钉，36－测半径游标，37a、37b－砝码盘，38a、38b－支架，39－测力刻度尺定位器。
实施例机壳(1)用薄铁皮或塑料压制而成，长360mm，高8080mm，宽120mm，下面四只角下装有四只机脚(2)，机壳(1)上面正中有轴套，轴套正中安装转轴(18)，轴套采采用滚珠轴承，使转轴(18)旋转灵活；测半径刻度尺(4)的零点在转轴(18)的中心线上，测力游标(34)由测力游标定位螺钉(21)和垫片与传动线(29b)压紧连接，测力游标(34)由紧固螺钉(35a)与测力触片(16)固定连接，触片(16)用0.16mm薄铜片做成，下端有指针；测半径游标(36)由紧固螺钉(35c)与测半径触片(6)固定连接，测力刻度尺定位器(39)由定位螺钉(22)与支架(38a)是动连接，另有二只螺钉与向心力刻度尺(15)固定连接；机壳(1)平台上有向心力指示灯(14)、计数灯(13)、半径指示灯(5)，机壳(1)正面开有二个窗口，长100mm，高40mm，使放大纸带数值清晰可见，弹簧(17)自由长度20mm，中径14mm，φ0.8mm；机壳(1)内装有6伏直流小电机，电机轴上装有φ8mm的小皮带轮，转轴(18)上装有φ60mm的大皮带轮，由皮筋传动；传动轮(27a、27b、33a、33b)半径是40mm，绕线轮(30)半径是10mm，横杆、定位圈、滚轮、重物等都是钢制件，尺寸与机壳(1)刻度尺(15、4)相配匹。
权利要求1.一种向心力演示器，由机壳、转轴、横杆、半径刻度尺、向心力刻度尺、触片、弹簧、砝码盘、半径放大显示装置和向心力放大显示装置所构成，其特征在于a、转轴(18)与机壳(1)是动连接，横杆(9a、9b)与转轴(18)是固定连接，横杆(9a、9b)上装有可调整位置的定位圈(11a、11b)，两个重物(8a、8b)上方分别装有二个滚轮(10a、10b)，滚轮(10a、10b)的中部有弧形凹槽，分别跨在横杆(9)上，定位圈(11a、11b)与重物(8a、8b)之间有弹簧(17a、17b)连接，b、机壳(1)上装有测半径刻度尺(4)、向心力刻度尺(15)、计数灯(13)、测力指示灯(14)、测半径指示灯(5)，机壳(1)的背板上有接线柱(19)、向心力旋钮(20)、测半径旋钮(25)、电机开关(24)、调速器(23)，机壳(1)内装有半径放大显示装置和向心力放大显示装置。
2.根据权利要求1所述的向心力演示器，其特征在于半径放大显示装置由半径传动轴(32)、半径传动轮(33a、33b)、小轮(28c、28d)、传动线(29c、29d)、绕线轮(30c、30d)、绕纸带圆筒(31c、31d)和半径数值放大纸带(3)所组成，向心力放大显示装置由测力传动轴(26)、测力传动轮(27a、27b)、小轮(28a、28b)、传动线(29a、29b)、绕线轮(30a、30b)、绕纸带圆筒(31a、31b)和向心力数值放大纸带(12)所组成。
3.根据权利要求1、2所述的向心力演示器，其特征在于绕线轮(30)与传动轮(27a、27b、33a、33b)的半径是14，传动轮(27a、27b、33a、33b)与绕纸带圆筒(31a－d)的半径相等。
4.根据权利要求1、2所述的向心力演示器，其特征在于测力刻度尺定位器(39)由定位螺钉(22)与支架(38a)是动连接，另有二只螺钉与向心力刻度尺(15)固定连接。
专利摘要一种物理学教学实验仪器，向心力演示器，向心力公式是F＝4π
文档编号G09B23/08GK2056536SQ8921514
公开日1990年4月25日 申请日期1989年8月8日 优先权日1989年8月8日
发明者唐定山 申请人:唐定山