[發明專利]一種智能向心力測試演示儀以及智能演示方法

在審

• 申請號: 201811481837.7
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109360473A
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 任亞杰;盧超;任夢圓
• 申請（專利權）人: 陜西理工大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 漢中市銘源專利代理事務所(普通合伙) 61235
• 代理人: 楊悅

本發明涉及向心力實驗演示教學設備領域，尤其涉及一種智能向心力測試演示儀以及智能演示方法。向心力測試演示儀可以測量法向和切向方向的向心力，其操作簡便，原理顯示直觀，性能可靠，誤差小。通過傳感器精確測量和單片機快速計算，可以直觀地呈現向心力與各相關物理量之間的關系：演示力與質量的關系；改變減速電機轉速可演示向心力與線速度的關系；改變小球所在的位置，可演示向心力與半徑的關系。通過藍牙模塊、USB接口可以把數據上傳至手機或PC機，在軟件中可以進行曲線擬合，驗證理論公式。

技術領域

本發明涉及向心力實驗演示教學設備領域，尤其涉及一種智能向心力測試演示儀以及智能演示方法。

背景技術

勻速圓周運動是高中物理教學的一個難點模型，對向心力的理解是學習圓周運動的關鍵。由于缺少簡易直觀的教學儀器，該公式的理論推導過程對學生來說過于抽象，不易理解，教學中教師灌輸和學生死背公式的現象較普遍。因此，有必要研制設計向心力及其圓周運動規律的實驗儀器，以彌補教材和實驗配套的不足。

目前高中物理實驗中所采用的“向心力實驗演示儀”是通過皮帶傳動改變兩個輪的轉速，讓兩個輪的鋼球同時做圓周運動，然后通過連動裝置使安放在圓盤中心套筒中的彈簧產生壓縮變形，再根據形變大小，來粗略比較兩邊壓力的關系。現有的這類儀器存在以下問題：測力不準確、不穩定，不能準確地測量瞬時速度，對公式中的質量、線速度、角速度、半徑等不能準確定量分析，從而只能定性地說明向心力大小與相關變量有關，而無法定量地測出向心力與半徑、線速度和質量有關，實驗精確度也不高。

當今傳感器技術廣泛應用于社會發展及人類生活的各個領域，利用力傳感器感知末端執行器的力度，將力信號轉變為電信號輸入單片機系統，通過微處理器處理、計算后在顯示屏上直觀的顯示測量數據，同時利用單片機直接計算出理論值也顯示在屏幕中，通過觀察和比較理論值和測量值，幫助學生更好地理解圓周運動的特點以及向心力公式。

發明內容

發明的目的：為了提供一種效果更好的智能向心力測試演示儀以及智能演示方法，具體目的見具體實施部分的多個實質技術效果。

為了達到如上目的，本發明采取如下技術方案：

一種智能向心力測試演示儀，其特征在于，演示儀包括底座，底座上行固定有電機，電機通過聯軸器連接著轉軸，電子能夠通過聯軸器帶動轉軸按照設定轉速或加速度旋轉，所述的轉軸上固定連接著橫向布置的旋轉臂；旋轉臂內包含槽，該槽中固定著彈簧一，固定的方式為焊接，彈簧一的端部包含一個固定的鐵片一或者是彈簧一的端部連接著一個力傳感器一，該力傳感器一和鐵片一二者膠黏在一起；當旋轉臂轉動的時候，彈簧能夠拉伸。

本發明進一步技術方案在于，所述的轉軸內部為空心，空心中包含豎直的彈簧二；彈簧二的端部連接著一個力傳感器二，該力傳感器二和鐵片二二者膠黏在一起。

本發明進一步技術方案在于，所述的槽中能放置砝碼，砝碼在轉動的過程中貼著力傳感器一。

本發明進一步技術方案在于，還包含微處理器、人機交互模塊、存儲電路、時鐘模塊、測距模塊、A/D轉換器、測力模塊、驅動電路、電機、測速電路、藍牙模塊和USB接口；人機交互模塊、存儲電路、時鐘模塊、測距模塊與微處理器相連，所述測力模塊通過A/D轉換器連接微處理器，所述微處理器通過驅動電路控制電機，所述微處理器通過測速電路測量電機轉速，所述微控制器通過藍牙模塊和手機無線通信，所述微處理器通過USB接口或者無線通信部分和PC機通信。

本發明進一步技術方案在于，所述的測距模塊為超聲波傳感器；人機交互模塊為LED觸摸屏；超聲波傳感器安裝在任意一個鐵片上。

本發明進一步技術方案在于，電機為直流減速電機；測速電路為霍爾傳感器測速模塊。

一種智能向心力測試智能演示方法，其特征在于，利用如上任意一項所述的測試演示儀，包含如下步驟，