专利名称：钟型三力关系演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种物理实验仪器，特别是涉及力学实验中三力关系演仪器。
现有的物理教学中对园周运动中的向心力、离心力及其二者关系的实验，有离心转台、向心力演示器及离心轨道等，可显示物体在园周运动中产生离心力、向心力的方法及用仪器测定出离心力(向心力)大小。这些仪器都结构复杂、造价高昂。尽管如此，对在转动中物体所产生的离心力(F)重力(G)及压力或反弹力(N)三者之间的相互关系，即F＝G＋N(向心力)无法显示出来，更测不到F＝G(N＝0)时的临界速度V0，故实验不够完善和精确。
本实用新型的目的是为了弥补上述实验的不足而设计一种结构紧凑、制作容易、造价低廉、使用方便的实验仪器。本仪器可通过灯光的变化显示出三力相互变化的关系，并能测出临界速度V0(换算为n。)，还可验证理论公式，使课堂教学直观化，提高教学兴趣和效果。
本实用新型的目的是这样实现的通过钟体旋转，产生离心力，使导管内的钢球甩出，压在铜片上，接通电路，因钢球本身既是运动体又是导体，随离心力大小而改变其接触面积，从而使接触电阻随之改变，也改变电流大小和电路通断，由电珠闪出的光度来判断三力变化关系。
仪器的工作原理是当支架上的钟体用手拉转时，由于初速高，离心力大，钢球在导管内运动到端部压住导电片接通电路，又因导电片下层为橡胶垫，受压后产生凹变形，使钢球与导电片接触面积加大，钢球接触电阻减少，电流大，因仪器在转动时两边电池电路是采用并联接线，故双电珠发强光。此时，三力处于强平衡状态，F＞G N＞O(N为回弹力)，F＝G＋N。
当钟体转速逐渐下降，离心力和压力也减小，钢球受橡胶垫回弹力(N)作用小，与导电片接触面积减小，钢球接触电阻加大，电流减少，电珠发弱光，转速继续下降至临界值V0(即钢球在导管内最高点，刚不下落)，此时双电珠在瞬间闪一下光点随即消失，这瞬间速度即为V0(n。)，说明此时三力处于临界平衡状态F＝G N＝0。
如转速再下降，离心力小于球重力时，(F＜G)，钢球在导管内只反复跳动几下，使钟体停转，两电珠同时熄灭再显微光。
如用光电转速表对转动过程进行跟踪，可测出钢球在转动半径为r的临界速度V0，再换成n。(临界转数)n。＝ (30·V0)/(n·r) (每分钟转速)，可以用来验证力学中三公式即F＝G＋N；V0＝
；F＝ (G)/(g) · (v2)/(r) 互相关系。在课堂教学中动用这种关系能形象地演示人造卫星运行原理，提高教学兴趣。
通过测出V0(n。)再与用理论计算值相比较，可得到本仪器实用误差值不超过4％，因为钢球与铜片间有微摩擦存在，故误差均为负值，但可满足教学的需要。
除上述力学功能外，本仪器可利用其两个直流电路作电路的串联、并联、断路、短路实验，不用复杂仪表，由电珠闪光程度和明灭来判定，只要转换插销位置即可完成。
本实用新型三力关系演示仪的优点是(1)通过小电珠闪光，可演示离心力(F)、重力(G)、回弹力(N)三力相互变化关系，同时可以测出当N＝0，离心力和重力平衡时的临界速度V0，换算为n。，可用来验证力学中的理论公式，弥补现有仪器的不足。
(2)本仪器结构紧凑、制作容易、造价低廉、性能可靠、使用方便，可广泛用在物理教学中，提高教学的兴趣和效果。
图1为钟形三力关系演示仪的结构图。
图中1塑料钟壳、2有机玻璃盘面、3透明塑料导管、4钢球、5调节丝堵、6截锥形胶垫、7半锥形铜片、8外导线、9插销座、10内导线、11电池筒、12小电珠、13轴承、14固定轴。
以下结合附图对本实用新型结构及运行情况作进一步描述，也作为一个实施例给出。
如图1所示，钟形三力关系演示仪，其结构是由硬塑料制成的钟壳［1］，钟体园周外端面按十字分中，加工两对不同尺寸的同心螺孔，分别安装透明导管［3］和两个电池筒［11］，内装有5＃高容量电池，导管内装有钢球［4］。导管两端装有调节丝堵［5］，在导管内上下可移动距离为l，用来调节钢球中心到轴心的距离，即转动半径r的大小，(r大小决定产生离心力大小)，丝堵内锥面与截锥形橡胶垫［6］相粘合，起缓冲作用，橡胶垫又与二个半锥形铜片［7］相粘接，中间留有空隙，左右两半分别为N、S，与内导线［10］相接，内导线通过插销座［9］与外导线［8］相接联，与两个电池筒［11］并联接通，形成并联分压电路。钟体通过钟壳背面孔安装轴承［13］和固定轴［14］固定在外支架上。
运行情况支架上的钟体用手拉转时，其初速度很大，约达n＝300－350转／分，产生的离心力也大，导管内的钢球运动到端部压迫铜片，其接触面积也大，钢球接触电阻减小很多。电流为最大，使电珠发出强光，三力关系为F＞G N＞0处于强平衡状态，即F＝G＋N。随后钟体以均匀降速，其园周运动下降率为2转／秒，铜片受压也随之减小，当N＝0(钢球在导管一端位于最高点，刚不下落时)，此时F＝G，电珠发弱光，在这一瞬间，用HT－466型光电转速表测出其临界转速V0(n0)(表误差±0.05％)。实际测出的误差值K＝3％左右，可以满足数学需要。当离心力降到F＜G时，钢球下落，在导管内反复跳几下，钟体停转两个电珠同时熄灭再显下微光。
权利要求1.一种钟形三力关系演示仪，其特征是该演示仪由塑料钟壳[1]有机玻璃盘面[2]透明塑料导管[3]管内钢球[4]与调节丝堵[5]相连接，丝堵锥面上粘有截锥形整体胶垫[6]，胶垫外层粘有两个半锥形铜片[7]，铜片下部分别焊出两根外导线[8]，通过插销座[9]内导线[10]与电池筒[11]相连接，电池筒一端有小电珠[12]，钟壳背面有园孔装有轴承[13]固定轴[14]与外支架固定所组成。
2.根据权利要求1所述的三力关系演示器，其特征在于钟体园周外端面按十字分中，加工两对不同尺寸的同心螺孔，分别装有导管和电池筒。
3.根据权利要求1所述的三力关系演示器，其特征在于，调节丝堵在导管内上下可移动距离l调节小球中心到轴心距离(转动半径r的大小)。
4.根据权利要求1所述的三力关系演示器，其特征在于两个半锥形铜片［7］与两边电池筒［11］是采用并联接线、形成并联分压电路。
专利摘要本实用新型是一种钟型的三力关系演示仪，是由塑料钟壳[1]透明导管[3]小钢球[4]半锥形铜片[7]截锥形胶垫[6]调节丝堵[5]，通过导线[10]与电池筒[11]和小电珠[12]连接等构成。当钟体转动时，导管内的钢球随离心力(F)大于、等于或小于其重力(G)的情况下，使电路通断及电阻的改变、小电珠显示强光、弱光或无光，可判断出F、G、N(压力或回弹力)三力之间变化规律。同时可测出
文档编号G09B23/00GK2165493SQ9224225
公开日1994年5月18日 申请日期1992年11月23日 优先权日1992年11月23日
发明者李四林 申请人:李四林