[实用新型]向心力实验器

说明书

本实用新型涉及一种物理教学实验仪器，具体说是涉及一种中学物理教学中关于验证向心力公式的实验仪器。

验证向心力公式实验，是高中物理教学中必做的学生分组实验，且为定量实验。行业标准《JY0331-93向心力实验器》规定，综合实验相对误差平均值不大于5％。

根据向心力公式F＝Rmω²＝4π²Rm/T²，只要设法测出被研究物体的质量m，转动半径R，和物体做匀速圆周运动的角速度ω或周期T。在以上三种物理量的测量中质量m和半径R均可借助现有手段测出，并能达到精度要求。而周期T的测量是多年来国内同类实验手段中一直未能有效解决的一个难题。

已知对向心力实验教学仪器的研究，如中国专利实用新型CN8720033U公开的向心力实验器，它由机体上安装带有胶轮的旋转轴，其上分别设有凹形横梁和带有配重的配重杆，在凹形横梁上装有装载研究物体的小车，并带有记录笔，通过驱动电机控制胶轮旋转，利用改变电机输入电压的大小来改变研究物体的转速。此技术相对于手动驱动的向心力实验方法更为先进，但也存在一些问题，如采用微电机测速装置，即在电动驱动轮上加装直流小电机，将转速信号转换成电压信号，用伏特表读出，此方法实验操作复杂，测量直观性和分组实验一致性差，加上测速电机参数不尽一致，转速信号与电压信号的转换并非线性关系，实验成功率低。转速测量难以达到精度要求，影响验证向心力公式准确性的另一关键因素，是被研究物体(即重锤)与横梁间存在摩擦力。而上述技术是将重锤做成四轮小车，安装在凹形轨道横梁上移动，一方面结构复杂，实验直观性差；另一方面被研究物体的重心与其几何中心不一致，实验误差大。

本实用新型的目的是为解决上述技术存在的问题，而提供一种设计合理，操作简便、直观性强、实验误差小的向心力实验器。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是这样来完成的：向心力实验器，包括机体及其内设的微电机，通过主动轮驱动带有立柱的从动轮，由立柱上依次设置的横杆、弹簧拉杆和导向杆，横杆的一侧装有可调节的平衡锤，构成同一转动体，使重锤与拉杆间由弹簧连接，与横杆平行对应的机体上设有半径标尺和音响指示机构，所述的从动轮下部安装一碰撞钮与机体上对应于横杆、导向杆和立柱同一垂直平面中心线位置设有的微动开关配合，将被研究物体每转动一周碰撞一次的机械信号传递给机体面板上设置的数字计时器一个启动或停止信号，实现同步计时；由圆柱形重锤的垂直对称面上设置两个槽形滚轮分别位于横杆的上方和导向杆的下方构成。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1、利用重锤做匀速圆周运动的机械同步信号作为计时器的启动和停止信号，并实现数字记忆显示，计时分辨率为0.01秒。计时误差不大于1％，具有计时准确、直观、实验操作简便，分组实验一致性好。

2、保证了被研究物体作匀速圆周运动，方便、准确地自动测出被研究物的转动周期。

3、采用在圆柱形重锤对称面上加装两个微型滑轮，保证了横杆对重锤的支撑力与重锤重力相互平衡，被研究物体的重心与其几何中心一致，大大减少了摩擦力，提高了实验准确性。

4、向心力实验器综合实验误差平均值小于3％。

附图说明：

图1为向心力实验器的整体结构视图。

结合所给附图实施例对本新型作具体的描述。

由图1所示，向心力实验器由机体1及其机壳内设置的微电机12，通过设置的主动轮13与带有立柱1的从动轮17配合，由立柱1上依次设置横杆2、弹簧拉杆3和导向杆8，横杆2上设可调节的平衡锤18，拉杆3与重锤5间连接一弹簧4，为减少重锤5相对于横杆2和导向杆8上位移时摩擦力，由圆柱形重锤5上的对称面上设置两个槽形滚轮6分别位于横杆2的上方和导向杆8的下方构成同一转动体，且由与横杆2平行对应的机体11上端面设置可水平位移的音响指示机构9和固定设置的半径标尺10；由从动轮17下部安装一碰撞钮14与机体11上对应于横杆2、导向杆8和立柱1同一垂直平面中心线位置设有的微动开关16配合，微动开关16通过导线连接固定于机体11面板上的数字计时器15，还包括机体11面板上分别设置接线柱、电源、工作指示灯、电源开关、计时开关和调速旋钮。