[发明专利]一种圆周运动实验仪及其使用方法

说明书

本发明公开了一种圆周运动实验仪，包括支架、圆盘和转盘，所述圆盘和转盘均安装在支架上，所述圆盘设置在转盘与支撑轴之间，所述圆盘上设置有刻度，所述支架包括一对支撑轴，两个所述支撑轴的上端固定连接有连接块，所述圆盘与连接块固定连接，所述圆盘靠近支撑轴的一侧固定安装有步进电机，所述步进电机的驱动端穿过圆盘且固定连接有转动杆，所述转动杆的一端固定卡接有配重，所述转动杆的另一端固定卡接有无线动力传感器，所述无线动力传感器远离配重的一端固定连接有小球，所述转轴上转动套接有外转环和内转环。本发明能够定量的研究竖直和水平面的圆周运动，直接测量瞬时速度与瞬时力的对应关系，使实验更准确。

技术领域

本发明涉及物理教学用具技术领域，尤其涉及一种圆周运动实验仪及其使用方法。

背景技术

在高一物理圆周运动的动力学部分内容的学习中，由于做圆周运动物体的受力方向和速度方向不断改变，难以测量，所以一般只做定性的实验配合科学推理来教授，对高一学生的思维能力和数学基础来说都是极大的挑战。因此学生的学习也出现了两个典型难点：一是向心力公式的得出和理解，教材中的理论推导对于高一学生的数学基础来说是有较大难度的；二是对于竖直平面内圆周运动向心力来源的分析和临界条件的理解，总存在拉力等于向心力、拉力等于重力等错误的认识。

学生难以理解的原因在于现有的关于圆周运动定量实验的探究仪器有限，在教学的过程中对竖直平面内的圆周运动的研究基本停留在定性的理论推导上，没有相应定量的实验探究以及竖直平面内的实验探究仪器来帮助学生理解，对学生抽象思维能力要求较高，学生难以通过实际的实验器材切身的体会圆周运动，造成了学生在学习的过程中难以理解物理学中的圆周运动。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，如：现有的圆周运动实验探究器材难以定量探究，学生单纯的通过教材难以理解，而提出的一种圆周运动实验仪及其使用方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种圆周运动实验仪，包括支架、圆盘和转盘，所述圆盘和转盘均安装在支架上，所述圆盘设置在转盘与支撑轴之间，所述圆盘上设置有刻度，所述支架包括一对支撑轴，两个所述支撑轴的上端固定连接有连接块，所述圆盘与连接块固定连接，所述圆盘靠近支撑轴的一侧固定安装有步进电机，所述步进电机的驱动端穿过圆盘且固定连接有转动杆，所述转动杆的一端固定卡接有配重，所述转动杆的另一端固定卡接有无线动力传感器，所述无线动力传感器远离配重的一端固定连接有小球，所述转轴上转动套接有外转环和内转环，所述内转环固定连接在转盘的一侧，所述转盘上还固定连接有光电传感器，所述光电传感器与内转环之间也为固定连接，所述光电传感器远离内转环的一端设置有活动光闸，两个所述支撑轴之间设置有固定光闸，所述转动杆的一侧开设有滑槽，所述滑槽上滑动安装有移动刻度尺，所述移动刻度尺靠近无线动力传感器的一端固定连接有遮光片，所述无线动力传感器、固定光闸、活动光闸连接有数据采集器，所述数据采集器连接有计算机。

优选的，所述活动光闸的靠近光电传感器的一端还固定连接有连接轴，所述连接轴远离计算机的一端固定连接有滑块，所述滑块与圆盘滑动连接，所述内转环和转盘均通过内轴承与转轴转动连接。

优选的，所述固定光闸的一端固定连接有连接块，所述固定光闸设置在两个支撑轴之间，所述连接块滑动套接在两个支撑轴上，所述连接块的一侧螺纹插设有螺纹轴，所述螺纹轴的一端与支撑轴相抵。

优选的，所述支架的底部固定连接有底座，所述底座上黏贴有水平仪。

优选的，所述支架的一侧安装有多个支撑块，所述转盘上黏贴有水平仪。

优选的，所述圆盘上开设有开口，所述连接块上对称螺纹插设有卡轴，两个所述卡轴的一端穿过开口且与开口卡接。

进一步，本发明还公开了一种利用权利要求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：