[發(fā)明專利]無(wú)線向心力實(shí)驗(yàn)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210013683.5
• 申請(qǐng)日: 2012-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN102426809A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮容士;趙進(jìn);李鼎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東省遠(yuǎn)大網(wǎng)絡(luò)多媒體股份有限公司
• 主分類號(hào): G09B23/10
• 分類號(hào): G09B23/10
• 代理公司: 濟(jì)南日新專利代理事務(wù)所 37224
• 代理人: 王書剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于定量研究向心力大小與旋轉(zhuǎn)半徑大小、物體質(zhì)量大小、旋轉(zhuǎn)速度大小之間關(guān)系的向心力實(shí)驗(yàn)器，屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

向心力實(shí)驗(yàn)中要研究向心力和旋轉(zhuǎn)半徑、物體質(zhì)量及旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系。目前，有各種結(jié)構(gòu)形式的向心力實(shí)驗(yàn)器，如中國(guó)專利文獻(xiàn)CN87200733?、CN2373853和CN201004282公開的《向心力實(shí)驗(yàn)器》，但這些現(xiàn)有的能夠完成定量測(cè)量，但無(wú)法使用傳感器完成測(cè)量數(shù)據(jù)，與現(xiàn)代化電子設(shè)備（計(jì)算機(jī)、投影機(jī)等）不能連用；有的雖然可以通過(guò)傳感器完成實(shí)驗(yàn)，但向心力實(shí)驗(yàn)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝繁瑣，且采用有線連接的傳感器，利用復(fù)雜的轉(zhuǎn)向連桿將力傳到力傳感器，由于受連桿質(zhì)量及傳動(dòng)摩擦力的影響，造成較大的實(shí)驗(yàn)誤差，并且現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器只能研究在水平面上旋轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件受到了很大的限制性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有向心力實(shí)驗(yàn)器安裝繁瑣、實(shí)驗(yàn)誤差大以及局限于水平方向旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)線向心力實(shí)驗(yàn)器，該實(shí)驗(yàn)器采用無(wú)線通訊、安裝簡(jiǎn)單、可以自由改變旋轉(zhuǎn)面角度。

本發(fā)明的無(wú)線向心力實(shí)驗(yàn)器采用以下技術(shù)方案：

該無(wú)線向心力實(shí)驗(yàn)器，包括底座、立柱、轉(zhuǎn)動(dòng)接頭、擋光臂、旋臂、應(yīng)變計(jì)、砝碼固定桿、配平桿、旋臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置、托架和單片機(jī)；立柱安裝在底座上，托架通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)接頭安裝在立柱上；托架上安裝有轉(zhuǎn)軸和旋臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，旋臂安裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸與旋臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置連接；旋臂上安裝有應(yīng)變計(jì)、砝碼固定桿和配平桿，砝碼固定桿和配平桿的軸線在同一直線上，砝碼固定桿和配平桿的一端分別與應(yīng)變計(jì)的兩側(cè)連接；托架上安裝有擋光臂，擋光臂上設(shè)有擋光片；旋臂上還設(shè)置有測(cè)量向心力的力傳感電路、測(cè)量擋光時(shí)間的光電門電路和單片機(jī)，力傳感電路和光電門電路均與單片機(jī)連接，單片機(jī)上連接有無(wú)線發(fā)射器。無(wú)線發(fā)射器通過(guò)無(wú)線方式與無(wú)線接收器連接，無(wú)線接收器連接至計(jì)算機(jī)。

旋臂轉(zhuǎn)動(dòng)裝置包括電機(jī)、主動(dòng)帶輪和被動(dòng)帶輪，電機(jī)固定在托架上，主動(dòng)帶輪安裝在電機(jī)軸上，被動(dòng)帶輪安裝在轉(zhuǎn)軸上，主動(dòng)帶輪和被動(dòng)帶輪之間連接有皮帶。

力傳感電路包括應(yīng)變計(jì)、電源基準(zhǔn)芯片U1、運(yùn)算放大器U2和運(yùn)算放大器U4，電源基準(zhǔn)芯片U1與應(yīng)變計(jì)連接，應(yīng)變計(jì)與運(yùn)算放大器U2連接，運(yùn)算放大器U2和運(yùn)算放大器U4連接。電源基準(zhǔn)芯片U1為應(yīng)變計(jì)進(jìn)行供電，應(yīng)變計(jì)的輸出進(jìn)入運(yùn)算放大器U2進(jìn)行信號(hào)放大。運(yùn)算放大器U4為U2提供偏置電壓。

光電門電路采用槽型光電開關(guān)，該槽型光電開關(guān)安裝在旋臂的一端。旋臂旋轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)，槽型光電開關(guān)隨之旋轉(zhuǎn)，到達(dá)擋光片位置時(shí)，擋光片插在槽型光電開關(guān)中，測(cè)量擋光時(shí)間，將擋光時(shí)間轉(zhuǎn)換為旋臂的角速度ω。

上述無(wú)線向心力實(shí)驗(yàn)器，使用時(shí)將砝碼固定在砝碼固定桿上，通過(guò)改變砝碼的位置可以研究相同質(zhì)量下向心力和旋轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，改變同一位置砝碼的質(zhì)量可以研究相同旋轉(zhuǎn)半徑下向心力和旋轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，通過(guò)改變旋臂的旋轉(zhuǎn)角度可以研究不同旋轉(zhuǎn)角度下向心力與哪些因素有關(guān)。通過(guò)主控電路采集向心力和擋光時(shí)間兩個(gè)物理量信號(hào)，主控電路處理后將向心力的大小和擋光時(shí)間兩個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線發(fā)射器無(wú)線傳輸至無(wú)線接收器，無(wú)線接收器將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)中的軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，減小了結(jié)構(gòu)造成的實(shí)驗(yàn)誤差，不僅可以研究相同質(zhì)量下向心力和旋轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系、相同旋轉(zhuǎn)半徑下向心力和旋轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，還可以改變旋轉(zhuǎn)角度以研究不同旋轉(zhuǎn)角度下向心力的有關(guān)因素，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明無(wú)線向心力實(shí)驗(yàn)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中單片機(jī)部分的原理圖。

圖3是本發(fā)明中電源電路的原理圖。

圖4是本發(fā)明中光電門電路的原理圖。

圖5是本發(fā)明中藍(lán)牙無(wú)線發(fā)射電路的原理圖。

圖6是本發(fā)明中力傳感電路的原理圖。

圖7是本發(fā)明中無(wú)線接收器的電路原理圖。

圖8是實(shí)驗(yàn)中相同砝碼質(zhì)量、不同旋轉(zhuǎn)半徑下向心力和角速度的曲線圖。

圖9是實(shí)驗(yàn)中向心力和角速度的平方的關(guān)系曲線圖。

圖10是實(shí)驗(yàn)中選取F值的界面圖。

圖11是實(shí)驗(yàn)中向心力和旋轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系曲線圖。

圖12是實(shí)驗(yàn)中相同旋轉(zhuǎn)半徑、不同砝碼質(zhì)量下向心力和角速度之間的曲線圖。

圖13是實(shí)驗(yàn)中向心力和砝碼質(zhì)量的關(guān)系曲線圖。