[发明专利]一种圆周运动实验仪及其使用方法

权利要求书

1.一种圆周运动实验仪，包括支架、圆盘(10)和转盘(6)，所述圆盘(10)和转盘(6)均安装在支架上，其特征在于，所述圆盘(10)设置在转盘(6)与支撑轴(4)之间，所述圆盘(10)上设置有刻度(31)，所述支架包括一对支撑轴(4)，两个所述支撑轴(4)的上端固定连接有连接块(9)，所述圆盘(10)与连接块(9)固定连接，所述圆盘(10)靠近支撑轴(4)的一侧固定安装有步进电机(29)，所述步进电机(29)的驱动端穿过圆盘(10)且固定连接有转动杆(15)，所述转动杆(15)的一端固定卡接有配重(13)，所述转动杆(15)的另一端固定卡接有无线动力传感器(18)，所述无线动力传感器(18)远离配重(13)的一端固定连接有小球(19)，所述转轴(27)上转动套接有外转环(30)和内转环(25)，所述内转环(25)固定连接在转盘(6)的一侧，所述转盘(6)上还固定连接有光电传感器(16)，所述光电传感器(16)与内转环(25)之间也为固定连接，所述光电传感器(16)远离内转环(25)的一端设置有活动光闸(12)，两个所述支撑轴(4)之间设置有固定光闸(3)，所述转动杆(15)的一侧开设有滑槽(14)，所述滑槽(14)上滑动安装有移动刻度尺(17)，所述移动刻度尺(17)靠近无线动力传感器(18)的一端固定连接有遮光片(20)，所述无线动力传感器(18)、固定光闸(3)、活动光闸(12)连接有数据采集器(11)，所述数据采集器(11)连接有计算机(8)。

2.根据权利要求1所述的一种圆周运动实验仪，其特征在于，所述活动光闸(12)的靠近光电传感器(16)的一端还固定连接有连接轴(7)，所述连接轴(7)远离计算机(8)的一端固定连接有滑块(24)，所述滑块(24)与圆盘(10)滑动连接，所述内转环(25)和转盘(6)均通过内轴承(26)与转轴(27)转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种圆周运动实验仪，其特征在于，所述固定光闸(3)的一端固定连接有连接块(2)，所述固定光闸(3)设置在两个支撑轴(4)之间，所述连接块(2)滑动套接在两个支撑轴(4)上，所述连接块(2)的一侧螺纹插设有螺纹轴(21)，所述螺纹轴(21)的一端与支撑轴(4)相抵。

4.根据权利要求1所述的一种圆周运动实验仪，其特征在于，所述支架的底部固定连接有底座(1)，所述底座(1)上黏贴有水平仪(5)。

5.根据权利要求1所述的一种圆周运动实验仪，其特征在于，所述支架的一侧安装有多个支撑块(32)，所述转盘(6)上黏贴有水平仪(5)。

6.根据权利要求1所述的一种圆周运动实验仪，其特征在于，所述圆盘(10)上开设有开口(23)，所述连接块(9)上对称螺纹插设有卡轴(22)，两个所述卡轴(22)的一端穿过开口(23)且与开口(23)卡接。

7.一种利用权利要求1-6任一圆周运动实验仪探究竖直平面内圆周运动的方法，步骤如下：

S1：将圆周运动实验仪竖直放置，转动转动杆15，由数据采集器11测量最高点速度v_s，固定光闸3测得最低点速度v_x，无线动力传感器18测得转动杆15拉力F；

S2：将测量的最高点速度v_s和最低点速度v_x、小球质量及小球运动半径r分别输入计算机中，计算机通过公式和来分别得出小球在运动到最高点或最高点时的向心力；

S3：将无线动力传感器18测量的转动杆15的拉力通过公式Fn＝F+mg和Fx＝F-mg计算出小球在运动到最高点时的最高点向心力F_s和最低点时的最低点向心力F_x；

S4：将步骤S2中通过速度计算出来的最高点和最低点向心力与步骤S3中直接测量的最高点和最低点向心力进行比较，从而验证向心力公式

8.一种利用权利要求1-6任一圆周运动实验仪探究水平面内圆周运动的方法，步骤如下：

S1:将圆周运动实验仪水平放置，通过调速电路改变转速，使小球在水平面内作匀速圆周运动，并保持小球运动半径r不变；利用计算机求得小球运动时的向心力F；并更换不同质量的小球，重复上述操作；将测得的质量m和向心力F进行图像拟合，验证速度v和半径r固定时，向心力F和小球质量m的关系；

S2：固定小球的质量m和运动半径r，通过计算通过调速电路改变转速，利用计算机计算不同速度v时小球的向心力F，并对测得的速度v和质量F进行拟合，研究F随速度v的变化关系；

S3：固定小球的运动速度v和质量m，改变小球运动半径r的大小，利用计算机计算不同运动半径r时小球的向心力F，并对测得的半径r和向心力F进行拟合，研究向心力F跟小球运动半径r的关系；

S4：综合步骤S1-S3，向心力F与物体的质量m成正比，与物体的速度v的平方v²成正比，与半径r成反比,即为：