[实用新型]电动向心力定量分析演示仪

说明书

技术领域

本实用新型一般涉及一种物理实验装置，特别是一种测量物体作圆周运动时向心力定量分析测量仪。

背景技术

在物理实验装置中，尤其是力学实验装置中，经常要涉及根据向心力公式F=mω²R，测定不同质量、不同半径、不同转速条件下物体作圆周运动时向心力的大小。在物理教学中使用电动向心力定量分析演示实验仪可以达到以下三个目的:

1) 达到使学生直观了解向心力与哪些因素有关的目的，帮助教师完成对向心力进行定性演示的任务。

2) 达到使学生信服向心力公式F=mω²R的目的，帮助教师完成粗略验证向心力公式的演示任务。

3) 达到帮助师生共同用实验方法探究向心力公式的目的，完成对向心力进行定量研究的任务。

公知的电动向心力定量分析演示仪存在的主要不足：

大家知道，F=mω²R中各量之间的关系，是在转动情况下存在的瞬时关系。困难的是，一旦物体转动起来(特别是转快了时)，我们就很难直接观察得到F、R的大小，显然，原有的向心力演示器都遇到了这个困难。目前用电动的方法来定量演示向心力公式F=mω²R的演示仪器较多，但这些电动向心力演示仪在转动半径测量和向心力大小测量装置设计上都存在一些不足，现有的一种电动向心力演示仪为了测量动态下物体作圆周运动的半径R，采用的是碰撞定位器来定位转动半径的大小。首先该装置的定位结构有些复杂，在实验过程中必须仔细移动碰撞定位器才能使定位器动作，操作困难；第二点不足之处是原有的向心力演示装置的的研究对象为一盒体，研究对象质量的改变是通过加减盒体内的砝码来实现。这种装置在演示向心力时研究对象的质心会随着盒内砝码的加减而会随之改变，通过碰撞定位装置测出的转动半径就会随砝码质量的改变而产生误差；第三点不足之处是研究对象和自动平衡块在带标尺的旋转臂上运动的形式是滑动，滑动产生的摩擦阻力较大会对定量分析向心力产生较大的误差。还有一种电动向心力演示仪存在的缺陷和前一种装置类似，另外还有一个不足之处是它的调速是通过塔型皮带轮完成的，操作不方便，速度大小也会因市电电压的波动产生较大误差。另外该装置的演示对象是圆柱体，当圆柱体的质量改变时其转动惯量改变较大，在电机转矩不变的情况下ω会产生较大的变化，但该装置不能测出与之对应的ω来，所以用它定量分析向心力公式也会产生较大的误差。

中国实用新型专利，专利号为：CN89215144.7公开了一种向心力演示器，该演示器的结构和上面两种电动向心力演示器相似，也是通过调速器改变电机转速ω。平衡重物和作圆周运动的重物上方装有滚轮，滚轮的中部有弧形凹槽以便重物在横杆上滑动。演示器的机壳内装有半径放大显示装置和向心力放大显示装置来测量动态下重物作圆周运动的半径和向心力。但该演示器也存在一些不足：第一，物体作圆周运动时m的改变也是通过向砝码盘内加减砝码来实现，m改变砝码盘的质心也随之改变，测出的转动半径就会随砝码质量m的改变而产生误差；第二，演示器只有调速装置没有速度测量装置，只能定性演示向心力随ω改变，不能定量演示ω与向心力F的关系；第三，演示器虽然在机壳内装有半径放大显示装置和向心力放大显示装置来测量动态下重物作圆周运动的半径和向心力，但测量是在动态下进行测量不方便也不准确。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一个能克服公知技术缺点，能对向心力公式F=mω²R中的各个物理量进行准确测量，能将动态下的与向心力F有关的几个物理量质量m、半径R、转速ω准确无误地固定下来，留在静态下去进行观察测量，从而完成定性演示向心力和定量研究向心力的教学任务的电动向心力定量分析演示仪。

为实现上述目的，本实用新型的方案为：电动向心力定量分析演示仪，由机座、机座上安装有转速可调，转速可测试的微型电动机，竖直向上的电机轴上套装有固定座，固定座用来安装两段透明的管材，其中一段的管材管内的一端装有压缩弹簧，压缩弹簧的自由端接触一推板，推板的另一面装设被试验的配重小球，推板还与安装在管壁上的弹簧变形量指示装置配合；另一段的管材内一端装有轻质垫块，所述垫块前端装有一个实验用的配重小球。