[實(shí)用新型]一種向心力演示儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201821593792.8
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN209471621U
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧江波;高娟;歐陽晚晴;李芮婷;王婕;岳輝吉;楊元勛
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西師范大學(xué)
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本實(shí)用新型公開了一種向心力演示儀，包括圓盤，圓盤的圓心正上方設(shè)置有彈簧測力計(jì)，彈簧測力計(jì)的自由端連接有引線的一端，引線的另一端連接有一實(shí)心球，彈簧測力計(jì)的自由端與引線周向轉(zhuǎn)動連接；圓盤上面固定有一水平導(dǎo)向裝置，水平導(dǎo)向裝置的軸線穿過圓盤的圓心；實(shí)心球設(shè)置在水平導(dǎo)向裝置中且能沿著水平導(dǎo)向裝置的軸線移動，水平導(dǎo)向裝置中設(shè)有定滑輪，引線繞過定滑輪改變方向；圓盤連接有電機(jī)以及圓周方向設(shè)置有計(jì)時裝置；圓盤的上表面設(shè)置有若干彈性桿，彈性桿自由端連接有球體，本實(shí)用新型能直觀、形象地實(shí)現(xiàn)定性分析、定量測量向心力，展示勻速圓周運(yùn)動的規(guī)律；符合普通高中生普遍的認(rèn)識水平；中學(xué)生能自己動手操作，其誤差在5％～7％之間。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，具體涉及一種向心力演示儀。

背景技術(shù)

向心力是人教版高中物理必修二第五章第六節(jié)的內(nèi)容，這一節(jié)提到了向心力的表達(dá)式：F＝mω²r＝mv²/r,其中：F是物體所受向心力的大小，m是物體的質(zhì)量，ω是物體做勻速圓周運(yùn)動的角速度，v是物體做勻速圓周運(yùn)動的線速度，r是勻速圓周運(yùn)動的半徑,教科書上提到的驗(yàn)證這一公式的實(shí)驗(yàn)是：固定的引線下面懸掛著一個鋼球(質(zhì)量為m)，設(shè)法讓鋼球沿紙上某個圓周運(yùn)動，同時在一旁用秒表記錄運(yùn)動一周所用時間t(ω＝2π/t)，之后測量鋼球做勻速圓周運(yùn)動的半徑r，將這些數(shù)值代入公式即可算得向心力F。再從另一方面算出F：物體做勻速圓周運(yùn)動時所受合外力即是它的向心力，于是有：F＝mgtanθ(θ是引線與豎直方向的夾角)。通過比較這兩種方法得到的F，可以驗(yàn)證向心力的表達(dá)式F＝mω²r＝mv²/r。雖然這個實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)起來很簡單，但是實(shí)踐起來并不像設(shè)計(jì)的那般容易，最大的問題是，如何做到讓鋼球只在繩的拉力作用下在紙上沿某個圓做勻速圓周運(yùn)動，動手實(shí)踐起來難以做到。

現(xiàn)在市面上有用某儀器公司生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)儀器做此驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的，雖然能夠比較準(zhǔn)確地驗(yàn)證向心力的表達(dá)F＝mω²r＝mv²/r，但是不太適合讓高中學(xué)生自己動手做，原因是該實(shí)驗(yàn)過程太依賴于傳感器、計(jì)算機(jī)這些電子設(shè)備，它們就像一個黑匣子，學(xué)生即使不太能理解整個實(shí)驗(yàn)的原理而實(shí)驗(yàn)就完成了；所以目前急需一個儀器來形象地展示向心運(yùn)動，并驗(yàn)證向心力，它必須操作簡單、易實(shí)現(xiàn)，還能夠讓學(xué)生比較容易掌握其中的原理，對向心力的驗(yàn)證知其然，也知其所以然。

實(shí)用新型內(nèi)容

為解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種向心力演示儀，定性、定量地驗(yàn)證向心力的表達(dá)式，是一種符合高中生認(rèn)知水平的演示及驗(yàn)證裝置。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種向心力演示儀，包括圓盤，圓盤的圓心正上方設(shè)置有彈簧測力計(jì)，彈簧測力計(jì)的自由端連接有引線的一端，引線的另一端連接有一實(shí)心球，彈簧測力計(jì)的自由端與引線周向轉(zhuǎn)動連接；圓盤上面固定有一水平導(dǎo)向裝置，水平導(dǎo)向裝置的軸線穿過圓盤的圓心；實(shí)心球設(shè)置在水平導(dǎo)向裝置中且能沿著水平導(dǎo)向裝置的軸線移動，水平導(dǎo)向裝置中設(shè)置有一定滑輪，引線繞過定滑輪從豎直方向變?yōu)樗椒较颍粓A盤還連接有電機(jī)，圓盤的圓周方向還設(shè)置有計(jì)時裝置；

圓盤的上表面設(shè)置有若干彈性桿，彈性桿的一端與圓盤固定連接，另一端連接有球體。

電機(jī)為可調(diào)速電機(jī)。

水平導(dǎo)向裝置為有機(jī)玻璃管，有機(jī)玻璃管的內(nèi)徑大于實(shí)心球的直徑。

圓盤的下方還設(shè)置有若干滾輪，滾輪的一周設(shè)置有減振層。

還包括一底部設(shè)置有底座的支架，滾輪固定在底座上，滾輪沿圓盤的圓周方向均勻設(shè)置，電機(jī)固定在底座上。

彈性桿的數(shù)量為偶數(shù)，且彈性桿的位置關(guān)于圓盤的圓心對稱。

球體的顏色均不相同。

彈簧測力計(jì)的自由端與引線的接頭之間設(shè)置旋轉(zhuǎn)吊鉤實(shí)現(xiàn)周向旋轉(zhuǎn)連接。

引線在旋轉(zhuǎn)吊鉤的吊鉤上纏繞數(shù)圈。