自閃式向心力演示器制造技術(shù)

向心力演示器，其特征在于設(shè)有電機，電機的轉(zhuǎn)軸接一連接件，連接件的兩側(cè)設(shè)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上分別設(shè)滑塊，滑塊與連接件之間由彈簧連接，在一滑塊上設(shè)閃光器，另在導(dǎo)軌與電機之間設(shè)一垂直放置的面板，面板上設(shè)有標(biāo)尺，電機固設(shè)在殼體上。（*該技術(shù)在2012年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種物理教具，尤其是一種向心力演示器。向心力是物體運動的一個重要概念，目前教育部教學(xué)儀器目錄配套的向心力演示器(參見圖4)設(shè)有一個轉(zhuǎn)動手柄41，通過轉(zhuǎn)動手柄41帶動變速塔輪42和43以及長、短槽44和45隨之勻速轉(zhuǎn)動，槽內(nèi)的小球49、50即做勻速圓周運動，使小球49、50做圓周運動的向心力由橫臂46的擋板對小球49、50的壓力提供，球?qū)醢宓姆醋饔昧νㄟ^橫臂的杠桿作用使彈簧測力套筒47下降，從而露出標(biāo)尺48，標(biāo)尺48上露出的紅白相間等分格子可以顯示出兩個球所受向心力的比值。該演示器主要用于定性地比較向心力的大小跟物體的質(zhì)量m、圓周半徑r和角速度ω的關(guān)系。但該演示器存在以下幾個問題1、該儀器的向心力大小，是通過擋板、擋臂構(gòu)成的L型杠桿作用于彈簧套筒來顯示的，當(dāng)套筒上下位置發(fā)生變化時，顯示了向心力大小的變化，注意此時擋板的位置也必然變化，也就是在實際實驗過程中，小球的圓周運動半徑無法滿足不變的條件，經(jīng)過實際觀察，誤差還比較大。2、小球在做圓周運動的同時，是在長槽或短槽上做徑向移動的，其重心及槽的重心均在立桿的轉(zhuǎn)軸之外，因此轉(zhuǎn)動時是一種很明顯的偏心運動，帶來實驗過程轉(zhuǎn)動的不穩(wěn)定和振動，再加上整個裝置做圓周運動的動力是依靠人手控制的，很難保證小球的運動是一種勻速圓周運動。實驗中可以明顯看出，標(biāo)尺上的套筒位置難以穩(wěn)定(含上下擺動)，可以標(biāo)度顯示及不穩(wěn)定，不易讀數(shù)。3、該儀器構(gòu)造復(fù)雜，機械傳動機構(gòu)多，不可避免地存在較大的摩擦，從而影響實驗的效果。充其量也只能大致地、定性地比較向心力F與質(zhì)量m、角速度ω及半徑r的關(guān)系。本技術(shù)旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡單，既能定性比較，又能進(jìn)行定量測量向心力大小的自閃式向心力演示器。本技術(shù)設(shè)有電機，電機的轉(zhuǎn)軸接一連接件，連接件的兩側(cè)設(shè)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上分別設(shè)滑塊，滑塊與連接件之間由彈簧連接，在一滑塊上設(shè)閃光器，另在導(dǎo)軌與電機之間設(shè)一垂直放置的面板，面板上設(shè)有標(biāo)尺。電機固設(shè)在殼體上，殼體可設(shè)在底座支架上，殼體的一面可與面板合二而一。導(dǎo)軌的自由端可設(shè)限位件。電機由支架固設(shè)在殼體上。電機通過連接件帶動導(dǎo)軌及其上的滑塊和閃光器做圓周運動。滑塊及閃光器由彈簧與電機轉(zhuǎn)軸上的連接件相連，彈簧可提供滑塊做圓周運動向心力，閃光器可發(fā)出頻率一定的閃光。由于人眼的視覺暫留現(xiàn)象，閃光器的閃光在做圓周運動時，會在面板前留下一條條不連續(xù)的亮孤線，由亮孤線與刻度尺的交點，可以讀出滑塊運動的半徑及此刻向心力的大小。由穩(wěn)定的亮孤線條數(shù)，可以判斷此時刻的轉(zhuǎn)速和角速度(ω＝2πn)。其角速度(或轉(zhuǎn)速)大小可由下述方法求出設(shè)閃光器頻率f(Hz)，轉(zhuǎn)速為n(轉(zhuǎn)/秒)，設(shè)閃光器亮線在一個圓周中在面板上產(chǎn)生的孤線條數(shù)為k，它們應(yīng)滿足f＝kn。當(dāng)k為正整數(shù)時，這些孤線是穩(wěn)定的；但k不為正整數(shù)時，孤線會旋轉(zhuǎn)(順時針或逆時針)。因此，我們可以根據(jù)亮孤線穩(wěn)定時的孤線數(shù)，來判斷此時的轉(zhuǎn)速n(或角速度ω)n＝f/k例設(shè)f＝24Hz，k＝2，則n＝12(1/S)；k＝3，n＝8(1/S)；k＝4，n＝6(1/S)。當(dāng)閃光器隨滑塊做圓周運動時，隨著轉(zhuǎn)速增加，所需向心力變大。彈簧拉力變大(彈簧伸長)，圓周運動半徑也增大，亮孤線半徑增大。當(dāng)亮孤線穩(wěn)定并與標(biāo)尺相交時，既可讀出此時圓周運動的半徑，也可以讀出此時彈簧拉力(即向心力)的大小。滑塊及其閃光器的質(zhì)量由天平稱出(實驗前可先測量)，根據(jù)F＝mω2r＝m4π2n2r可計算出F，然后與測量值進(jìn)行比較，如果相等，就證明公式成立。轉(zhuǎn)速增大或質(zhì)量增大，都可以看出半徑變大，且孤線越長也說明其線速度越大(可逐項比較)。綜上所述，與已有的向心力演示器相比，本技術(shù)的優(yōu)點是1、克服了原有向心力演示器的缺點，構(gòu)造簡單、造價便宜、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，且易于控制、調(diào)整，半徑及向心力(彈簧拉力)可隨時變化、隨時測量。2、利用自閃閃光器閃光的特點，可以從穩(wěn)定時亮孤線的數(shù)目，直接判斷轉(zhuǎn)速和角速度，克服了角速度難以測量的困難。并且還能從亮孤線與標(biāo)尺的交線直接讀出運動半徑及彈簧拉力的大小，能做到一線三用。3、設(shè)計了配重滑塊及彈簧，基質(zhì)量與滑塊及閃光器質(zhì)量相等，它隨ω的增大，半徑、拉力與滑塊同時增大，解決嚴(yán)重的轉(zhuǎn)動偏心問題。實驗過程穩(wěn)定，不易振動。4、能增加滑塊及配重滑塊的質(zhì)量，既可以定性觀察，也可以定量計算，無論m、ω、r三者如何變化，均可驗證向心力公式F＝mω2r＝m4π2n2r。5、可視性、趣味性好，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。附圖說明圖1為本技術(shù)實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的左視圖。圖3為標(biāo)尺示意圖。圖4為教育部教學(xué)儀器目錄配套的向心力演示器結(jié)構(gòu)示意圖。以下實施例將結(jié)合附圖對本演示器作進(jìn)一步的說明。如圖1～3所示，演示器由電機1、連接件2、導(dǎo)軌3與4、滑塊5、配重滑塊6、彈簧7與8、閃光器9、標(biāo)尺10、面板11、殼體12、電機支架13、底座支架14和限位件15、16等組成。電機1由支架13固定在殼體12上，殼體12與底座支架14連接。電機1的轉(zhuǎn)軸17接一連接件2，連接件2的兩端接導(dǎo)軌3與4，滑塊5和配重滑塊6分別設(shè)于導(dǎo)軌3與4上，閃光器9設(shè)于滑塊5上，閃光器9采用帶閃光管的自閃閃光器，閃光管18設(shè)于閃光器9的中心。彈簧7、8分別設(shè)于連接件2與滑塊5及配重滑塊6之間。在導(dǎo)軌3與4的自由端分別設(shè)限位件(例如限位螺母)15。標(biāo)尺10設(shè)于面板11上，面板11設(shè)于殼體12的正面與導(dǎo)軌3、4之間。在連接件2的兩端可設(shè)貫穿孔，導(dǎo)軌3、4可穿插入貫穿孔中。權(quán)利要求1.向心力演示器，其特征在于設(shè)有電機，電機的轉(zhuǎn)軸接一連接件，連接件的兩側(cè)設(shè)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上分別設(shè)滑塊，滑塊與連接件之間由彈簧連接，在一滑塊上設(shè)閃光器，另在導(dǎo)軌與電機之間設(shè)一垂直放置的面板，面板上設(shè)有標(biāo)尺，電機固設(shè)在殼體上。2.如權(quán)利要求1所述的向心力演示器，其特征在于電機由支架固設(shè)在殼體上。3.如權(quán)利要求1所述的向心力演示器，其特征在于殼體設(shè)在底座支架上。4.如權(quán)利要求1所述的向心力演示器，其特征在于殼體的一面與面板合二而一。5.如權(quán)利要求1所述的向心力演示器，其特征在于導(dǎo)軌的自由端設(shè)限位件。6.如權(quán)利要求1所述的向心力演示器，其特征在于閃光器設(shè)于滑塊上，閃光器采用帶閃光管的自閃閃光器。7.如權(quán)利要求6所述的向心力演示器，其特征在于閃光管設(shè)于閃光器的中心。8.如權(quán)利要求1所述的向心力演示器，其特征在于彈簧分別設(shè)于連接件與滑塊及配重滑塊之間。9.如權(quán)利要求5所述的向心力演示器，其特征在于在所說的限位件為限位螺母。10.如權(quán)利要求1所述的向心力演示器，其特征在于面板設(shè)于殼體的正面與導(dǎo)軌之間。專利摘要涉及一種物理教具，尤其是一種向心力演示器。設(shè)有電機，電機的轉(zhuǎn)軸接一連接件，連接件的兩側(cè)設(shè)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上分別設(shè)滑塊，滑塊與連接件之間由彈簧連接，在一滑塊上設(shè)閃光器，另在導(dǎo)軌與電機之間設(shè)一垂直放置的面板，面板上設(shè)有標(biāo)尺，電機固設(shè)在殼體上。其構(gòu)造簡單、造價低、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，且易于控制、調(diào)整，半徑及向心力(彈簧拉力)可隨時變化、隨時測量。利用自閃閃光器可從穩(wěn)定時亮弧線的數(shù)目，直接判斷轉(zhuǎn)速和角速度，克服了角速度難以測量的困難。還能從亮弧線與標(biāo)尺的交線直接讀出運動半徑及彈簧拉力的大小，能做到一線三用。既可定性觀察，也可定量計算，無論m、ω、r三者如何變化，均可驗證向心力公式。可視性、趣味本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：余婧，王鳳嬌，練仰賢，
申請(專利權(quán))人：余婧，
類型：實用新型
國別省市：