[发明专利]一种向心力演示仪

说明书

为了快速并准确地测出向心力大小，更好地验证向心力公式，本发明提供一种向心力演示仪，涉及一种物理教学实验仪器。该演示仪主要由电动机、计时器、中心转轴、量角器、支架、摆球、刻度盘和升降台组成。按照本发明所提供的设计方案，该演示仪的摆球运动由原来的手动控制变为电动机控制，摆球的水平运动轨迹更接近标准圆，摆球的运动时间及运动的圈数也由人工测量转为计时器自动测量，实验误差大大减小，通过角度和时间的测量就能快速准确地计算出结果，并能与传统的实验有机结合，更有利于实验探究教学的开展。

技术领域

本发明涉及一种物理教学实验仪器。

背景技术

在高中《物理》必修2（人教版）的“向心力”一节中，验证向心力表达式的实验是圆锥摆。基本的实验过程是将金属小球用细绳悬挂在铁架台上，在桌面上铺上画有同心圆的白纸，首先调节铁架台的支架，使金属小球的初始状态位于同心圆的圆心正上方；然后用手带动小球，让小球做圆锥摆运动，当运动相对稳定时用秒表测出小球运动的时间，并同时记录小球运动的圈数，还要从铁架台上方竖直向下观察运动的小球与哪个同心圆重合，标记下这个圆，等小球停摆后测出这个标记圆的半径；根据小球运动的时间和运动圈数可以计算出小球运动的周期，与标记圆的半径一起代入公式就能计算出小球所受的向心力大小；根据力的合成原理再计算出拉力和重力的合力，就能比较两个力的大小，最后得出实验结论。

教材上的这个实验在设计、原理、操作和学生的参与性方面都很好，但在实际教学过程中还存在几点不足：1、因为是用手带动小球，小球很难沿某一个圆运动，用肉眼都能看出小球的运动轨迹不是圆；2、由于小球运动不规则，很难确定用哪个圆作为标记圆，实际操作的随机性很大；3、用肉眼目测小球的运动圈数和时间，很容易出错；4、记录的圈数一般不超过5圈，小球就会慢慢停摆；5、计算合力的运算量比较大。学生测出的实验结果误差很大，教师在教学中要做很多解释，导致学生对实验的可信度不高，达不到教学效果。

发明内容

为了克服以上的不足，快速并准确地测出向心力大小，更好地验证向心力公式，本发明提供一种向心力演示仪，涉及一种物理教学实验仪器。该演示仪主要由电动机、计时器、中心转轴、量角器、支架、摆球、刻度盘和升降台组成，作为一个整体使用非常方便。按照本发明所提供的设计方案，该演示仪的摆球运动由原来的手动控制变为电动机控制，摆球的水平运动轨迹更接近标准圆，摆球的运动时间及运动的圈数也由人工测量转为计时器自动测量，实验误差大大减小，通过简单的角度和时间的测量就能快速准确地计算出结果，并能与传统的实验有机结合，更有利于实验探究教学的开展。本发明解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。

1、该演示仪中的电动机的转轴与中心转轴连接，且能控制中心转轴的转速。

2、该演示仪中的量角器与中心转轴固定连接为一体，且量角器及其表面的刻度关于中心转轴对称，竖直方向为零刻线，最大刻度为90度。

3、在该演示仪中，摆球与摆线相连，摆线又与指针相连，指针通过螺钉固定在量角器的零刻度处，当摆球运动时，能通过摆线带动指针绕螺钉自由转动。

4、该演示仪的遮光片与中心转轴固定连接，且关于中心转轴对称。

5、演示仪的中心转轴穿过翼形刻度盘的圆心，翼形刻度盘上的圆弧都是同心圆的圆弧，翼形刻度盘也关于中心转轴对称。

6、在中心转轴的下部有一同轴升降台，升降台的加长调节螺杆穿过支架，调节旋钮在支架外侧，用于调节翼形刻度盘的高度。