[發明專利]一種圓周運動實驗儀及其使用方法

在審

• 申請號: 201911152866.3
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110807976A
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 曹驄
• 申請（專利權）人: 曹驄
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 廣州海藻專利代理事務所(普通合伙) 44386
• 代理人: 張大保

本發明公開了一種圓周運動實驗儀，包括支架、圓盤和轉盤，所述圓盤和轉盤均安裝在支架上，所述圓盤設置在轉盤與支撐軸之間，所述圓盤上設置有刻度，所述支架包括一對支撐軸，兩個所述支撐軸的上端固定連接有連接塊，所述圓盤與連接塊固定連接，所述圓盤靠近支撐軸的一側固定安裝有步進電機，所述步進電機的驅動端穿過圓盤且固定連接有轉動桿，所述轉動桿的一端固定卡接有配重，所述轉動桿的另一端固定卡接有無線動力傳感器，所述無線動力傳感器遠離配重的一端固定連接有小球，所述轉軸上轉動套接有外轉環和內轉環。本發明能夠定量的研究豎直和水平面的圓周運動，直接測量瞬時速度與瞬時力的對應關系，使實驗更準確。

技術領域

本發明涉及物理教學用具技術領域，尤其涉及一種圓周運動實驗儀及其使用方法。

背景技術

在高一物理圓周運動的動力學部分內容的學習中，由于做圓周運動物體的受力方向和速度方向不斷改變，難以測量，所以一般只做定性的實驗配合科學推理來教授，對高一學生的思維能力和數學基礎來說都是極大的挑戰。因此學生的學習也出現了兩個典型難點：一是向心力公式的得出和理解，教材中的理論推導對于高一學生的數學基礎來說是有較大難度的；二是對于豎直平面內圓周運動向心力來源的分析和臨界條件的理解，總存在拉力等于向心力、拉力等于重力等錯誤的認識。

學生難以理解的原因在于現有的關于圓周運動定量實驗的探究儀器有限，在教學的過程中對豎直平面內的圓周運動的研究基本停留在定性的理論推導上，沒有相應定量的實驗探究以及豎直平面內的實驗探究儀器來幫助學生理解，對學生抽象思維能力要求較高，學生難以通過實際的實驗器材切身的體會圓周運動，造成了學生在學習的過程中難以理解物理學中的圓周運動。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺點，如：現有的圓周運動實驗探究器材難以定量探究，學生單純的通過教材難以理解，而提出的一種圓周運動實驗儀及其使用方法。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種圓周運動實驗儀，包括支架、圓盤和轉盤，所述圓盤和轉盤均安裝在支架上，所述圓盤設置在轉盤與支撐軸之間，所述圓盤上設置有刻度，所述支架包括一對支撐軸，兩個所述支撐軸的上端固定連接有連接塊，所述圓盤與連接塊固定連接，所述圓盤靠近支撐軸的一側固定安裝有步進電機，所述步進電機的驅動端穿過圓盤且固定連接有轉動桿，所述轉動桿的一端固定卡接有配重，所述轉動桿的另一端固定卡接有無線動力傳感器，所述無線動力傳感器遠離配重的一端固定連接有小球，所述轉軸上轉動套接有外轉環和內轉環，所述內轉環固定連接在轉盤的一側，所述轉盤上還固定連接有光電傳感器，所述光電傳感器與內轉環之間也為固定連接，所述光電傳感器遠離內轉環的一端設置有活動光閘，兩個所述支撐軸之間設置有固定光閘，所述轉動桿的一側開設有滑槽，所述滑槽上滑動安裝有移動刻度尺，所述移動刻度尺靠近無線動力傳感器的一端固定連接有遮光片，所述無線動力傳感器、固定光閘、活動光閘連接有數據采集器，所述數據采集器連接有計算機。

優選的，所述活動光閘的靠近光電傳感器的一端還固定連接有連接軸，所述連接軸遠離計算機的一端固定連接有滑塊，所述滑塊與圓盤滑動連接，所述內轉環和轉盤均通過內軸承與轉軸轉動連接。

優選的，所述固定光閘的一端固定連接有連接塊，所述固定光閘設置在兩個支撐軸之間，所述連接塊滑動套接在兩個支撐軸上，所述連接塊的一側螺紋插設有螺紋軸，所述螺紋軸的一端與支撐軸相抵。

優選的，所述支架的底部固定連接有底座，所述底座上黏貼有水平儀。

優選的，所述支架的一側安裝有多個支撐塊，所述轉盤上黏貼有水平儀。

優選的，所述圓盤上開設有開口，所述連接塊上對稱螺紋插設有卡軸，兩個所述卡軸的一端穿過開口且與開口卡接。

進一步，本發明還公開了一種利用權利要求1-6任一圓周運動實驗儀探究豎直平面內圓周運動的方法，步驟如下：