[實用新型]向心力演示器

有效

• 申請號: 201220741928.1
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN203055252U
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 劉召新
• 申請（專利權）人: 劉召新
• 主分類號: G09B23/08
• 分類號: G09B23/08
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 林寶堂

技術領域

本實用新型涉及一種物理實驗教具，尤其涉及一種向心力演示器。?

背景技術

勻速圓周運動是高中物理教學的一個重難點模型，《5.6?向心力》是人教版必修二的內容，對向心力的理解是學習圓周運動的關鍵。教材對此部分的安排是：首先，教材中對于向心力的表達式的處理方式是直接呈現給學生；然后設計實驗對此規律驗證，最后再運用此規律解決問題。因此，通過實驗驗證向心力公式的正確性成為學生對向心力公式科學性認識的一個關鍵的中心環節。教師根據教材提供的圓錐擺運動思路設計一個可行的實驗方案是本章教學的重點，不但符合了我們物理學研究的基本方法，而且符合學生的認知規律。但是教材中只是一種拋磚引玉的指導方法，在實際操作中有諸多困難，大多教師苦于此實驗難以設計，所以就利用動畫課件模擬一下，主要精力放在理論推導。給學生留下一種生硬的抽象理論推導過程，難以從中獲得科學方法和真正的對向心力的理解，使得本節實驗探究課變成了乏味的理論課。?

發明內容

本實用新型旨在提供一種結構簡單，既有直觀性又有趣味性，能方便驗證向心力的一種演示器。?

本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種向心力演示器，其特征在于：具有上、下橫梁的支架，所述上橫梁固定有直流調速電機，所述下橫梁上有刻度或刻度尺；在所述上、下橫梁上裝有一對可移動的光電門；所述電機軸垂直向下，在電機軸中心連接有連有細線的鋼球，所述細線穿過鋼球中心；所述支架上設有數字光電傳感器，所述數字光電傳感器與光電門電連接。?

本實用新型的技術方案還可以進一步完善；?

作為優選，所述支架的底面設有平衡調節螺絲。?

作為優選，所述刻度的零點對準鋼球懸點的正下方。?

作為優選，所述鋼球直徑為8-12mm。?

作為優選，所述鋼球直徑為10mm。?

作為優選，所述細線長度為45-55cm。?

作為優選，所述細線長度為50cm。?

作為優選，所述支架采用鋁合金或不銹鋼。?

本實用新型的有益效果是：?

1）利用光電門，巧妙地解決了圓錐擺運動圓周半徑的確定難題；利用傳感器數字記錄完成圓周運動的次數N與所用時間t，便捷得到周期T。?

2）利用電動機的轉動帶動鋼球做圓錐擺運動，能夠補充由于空氣的摩擦產生的能量損失，又不會改變圓周運動的周期。?

3）本實用新型能方便驗證向心力，操作簡單易學，既有直觀性又有趣味性，實驗效果極佳；外型簡潔美觀，非常適宜課堂演示實驗教學。?

附圖說明

附圖1是本實用新型的一種結構示意圖。?

附圖標記說明：1、支架，2、開關，3、數字光電傳感器，4、光電門，5、刻度尺，6、鋼球，7、細線，8、電動機，9、上橫梁，10、下橫梁。?

具體實施方式

實施例1：?

如圖所示的一種向心力演示器，具有支架1，所述支架采用鋁合金，支架上有上橫梁9和下橫梁10，所述上橫梁9上固定電動機8，所述電動機為直流調速電機，所述下橫梁帶有刻度尺5，所述刻度尺的零點對準電動機軸心正下方。在所述上、下橫梁上裝有一對可移動的光電門4；所述電動機軸垂直向下，在電動機軸的軸心連接有帶有細線7的鋼球6，所述細線通過鋼球球心，所述細線長度為50cm，所述鋼球直徑為10mm；所述固定支架上設有數字光電傳感器3，所述數字光電傳感器3與光電門4電連接，在支架上裝有開關。支架的底面設有平衡調節螺絲。?

實施例2：?

本實施例的支架采用不銹鋼，鋼球直徑為12mm，細線長度為55cm，下橫梁上設有刻度。?

其他與實施例1相同。?

使用方法?

1）將本演示器置于在水平桌面上，微調平衡調節螺絲，使本裝置呈現水平穩固狀態。?

2）打開電動機電源，啟動電動機8，用手為鋼球施加一個初動量；微調電動機8，選擇一個合適的轉速，使得鋼球6穩定地做圓錐擺運動。?

3）打開光電門電源，調節光電門4在下橫梁10上的位置，使得光電門之間的光線通過小球所在的圓周軌道；從刻度尺上讀出光電門4所在位置的刻度，此長度即為鋼球6所做圓周運動的半徑r。?

4）以上步驟完成后，選擇鋼球6再次經過光電門4之間時，按下數字面板上的計時開關，數字顯示器清零后，開始計數N和計時t；選擇合適的次數，然后計算出勻速圓周運動的周期T=N/t。?

5）將以上實驗步驟中的得到的T和r代入向心力表達式?。?

式中：Fn?為向心力表達式。?