CN103971566B - 圆周运动综合实验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆周运动综合实验平台属于教育或演示用具；特别是用于演示物理学中圆周运动的实验装置。该圆周运动综合实验平台，其特征是：包括箱式底座，安装在箱式底座内的动力装置，安装在箱式底座台面上的水平面内圆周运动演示装置、向心力测试装置，本发明的有益效果是本实验平台可以完成多项水平面内的典型圆周运动，特别是奇特的力的现象，比如侧面附着现象，即侧面弹力提供向心力进行验证。通过控制变量法，较精确的验证向心力、质量、转速、半径的关系。设备形象直观、结构简单，为中学物理学教学提供了一种新型教具。
Description
技术领域
本发明属于教育或演示用具；特别是用于演示物理学中圆周运动的实验装置。
背景技术
圆周运动是重要的物理运动，在生产生活中广泛的接触应用，但是目前，有关圆周运动的实验演示器材，功能简单、单一，基本上是停留在定性层面上。对一些典型、奇特的力的现象无法在课堂上展示给学生(比如侧面附着现象，即侧面弹力提供向心力)只能让学生联系生活实际，进行空间想象。CN203480737U公开了一种探究向心力演示仪，其结构是将减速电机固定在轴承内圈中，铁棍与轴承的内圈固定连接，联轴器通过扁铁与轴承的外圈固定连接，轴承的外圈与斜梁固定连接，所述斜梁相对于轴承对称放置，斜梁的上方固定有铁槽，铁槽的一端固定有微型电子称，所述微型电子称竖直放置，微型电子称的下方位置对应放置有便携式测速仪。仅能演示向心力的大小，CN203134213U公开了一种向心力实验装置，包括底座、托盘、测力计、旋转轮、旋转杆以及变速电机，所述底座为矩形框架结构，在一侧顶部水平安装托盘，另一侧安装测力计，在底座中段内侧安装变速电机；所述托盘为圆盘形结构，圆心下方安装旋转轮，旋转轮的上部穿过托盘圆心置于顶面上，在旋转轮上部横穿安装旋转杆，在旋转杆一端插套安装离心球；旋转轮与变速电机通过皮带传导装置连接；在旋转轮的纵向轴心处开设孔洞，穿过孔洞引入一根牵引线；所述牵引线的一端与离心球连接，另一端与测力计连接。也仅仅能显示向心力与转速的关系，CN202013680U公开了一种多功能向心力测量转台，虽然与现有技术相比，采用变频电源驱动同步电动机的方式来实现匀速转动，调速和计速一步到位，无需电磁或光电测速装置；利用手持电子秤代替弹簧秤或拉力传感器，从而免去了DIS实验***；用转盘代替横梁，无需配重，使转动更为稳定。但是无法演示平面圆周运动的实验。
发明内容
为了克服现有的实验设备功能单一，不适合中学教学使用的不足,本发明提供一种圆周运动综合实验平台，该圆周运动综合实验平台不仅可以定性演示各种圆周运动现象，而且能够定量的测量向心力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种圆周运动综合实验平台，其特征是：包括箱式底座，安装在箱式底座内的动力装置，安装在箱式底座台面上的水平面内圆周运动演示装置、向心力测试装置，
所述的动力装置包括电机和控制电机转速的调速装置以及电源开关，电机轴与主轴使用螺旋轴套连接安装在箱式底座台面上的轴承内，
所述的水平面内圆周运动演示装置包括固定在主轴上的圆形透明水槽，该水槽底部固定着转速周期盘，槽内放置着可活动的测试块。
所述的向心力测试装置包括固定在主轴上的上横向滑轨、下横向滑轨，圆柱形滑块套在上、下横向滑轨上，上、下横向滑轨之间的主轴上固定着测力横杆，测力横杆与圆柱形滑块之间装有测力弹簧，横向滑轨下方的箱式底座台面上安装有刻度尺和弹簧秤面板。
所述的主轴顶部设有凹槽，凹槽内装有连接着线绳的摆球。
所述的水平面内圆周运动演示装置还包括侧面附着现象演示装置，该装置由固定在主轴上的固定架和可在固定架内上下运动的L型金属托架组成，L型金属托架的水平部分前端为U型。
所述的向心力测试装置还包括圆柱形滑块运动轨迹记录装置，该记录装置由固定在主轴上的柱塞泵和连接柱塞泵与圆柱形滑块底部尖端的透明细软管组成，软管末端装有注射针头。
所述的调速装置为电感调速装置、电子调速装置或变频调速装置。
所述的上横向滑轨在装有圆柱形滑块的相反方向上固定着配重物。
所述的圆柱形滑块由滑块芯和罩在滑块芯外表的滑块套组成，滑块套可以单独取下。
本发明的使用方法是：1.在圆形透明水槽的底部放置不同材质和质量的测试块，启动电机使圆形透明水槽旋转，可以观察到不同转速下离心力的不同，2.提起L型金属托架并在托架靠近圆形透明水槽内壁处放置弹性材料制成的测试块，然后启动电机使圆形透明水槽旋转落下L型金属托架，可以观察到当转速达到一定速度时弹性材料制成的测试块由于侧面弹力、摩擦力的作用附着在圆形透明水槽内壁不会落下，3.从主轴的凹槽内取出摆球，启动电机使主轴旋转可以观察到转速不同，系在摆球上的线绳形成的圆锥轨迹的顶角不同，4.通过控制变量法，验证向心力、质量、转速、半径的关系实验时，直接从上方观察周期盘，读出周期。通过调速开关调节好电机的转速，可在周期盘上读出0.4s、0.5s、0.6s、0.8s、1.0s、1.2s的不同周期值。柱塞泵内吸入水，当调节好电机的转速，周期盘上的周期稳定在某一数值时，快速轻推柱塞泵的活塞，水通过透明细软管，从固定在圆柱形滑块底端安装在软管末端的注射针头喷出，洒在箱式底座台面的弹簧秤面板和刻度尺上。通过读取弹簧秤面板、刻度尺的数值，即可读出圆柱形滑块所受的弹簧拉力，及运动半径。并且圆柱形滑块的滑块芯质量0.1Kg、滑块套质量0.05Kg，拆装滑块可以很方便的改变研究对象的质量。
本发明的有益效果是本实验平台可以完成多项水平面能的典型圆周运动，特别是奇特的力的现象，比如侧面附着现象，即侧面弹力提供向心力进行验证。通过控制变量法，较精确的验证向心力、质量、转速、半径的关系。设备形象直观、结构简单，为中学物理学教学提供了一种新型教具。
附图说明
图1是本发明的纵剖面构造图，
图2是图1的左视图，
图3是图1的俯视图，
图4是本发明的电路原理图。
图中，1.电机，2.调速装置，3.电源开关，4.电源，5.电机轴，6.箱式底座台面，7.轴承，8.下横向滑轨，9.测力横杆，10.配重物，11.上横向滑轨，12.主轴，13.周期盘，14.圆形透明水槽，15.塑料块，16.L型金属托架，17.固定架，18.凹槽，19.柱塞泵，20.透明细软管，21.圆柱形滑块，211.滑块芯，212.滑块套，22.测力弹簧，23.刻度尺，24.弹簧秤面板，25.摆球。
具体实施方式
本发明的具体实施方式是，如图所示：
实施例1，一种圆周运动综合实验平台，其特征是：包括箱式底座，安装在箱式底座内的动力装置，安装在箱式底座台面6上的水平面内圆周运动演示装置、向心力测试装置，
所述的动力装置包括电机1和控制电机转速的电感式调速装置2以及电源开关3，电机轴5与主轴12使用螺旋轴套连接安装在箱式底座台面上的轴承7内，
所述的水平面内圆周运动演示装置包括固定在主轴上的圆形透明水槽14，该水槽底部固定着转速周期盘13，槽内放置着可活动的测试块。
所述的向心力测试装置包括固定在主轴上的上横向滑轨11、下横向滑轨8，圆柱形滑块21套在上、下横向滑轨上，上、下横向滑轨之间的主轴上固定着测力横杆9，测力横杆与圆柱形滑块之间装有测力弹簧22，横向滑轨下方的箱式底座台面上安装有刻度尺23和弹簧秤面板24。
实施例2，一种圆周运动综合实验平台，其特征是：包括箱式底座，安装在箱式底座内的动力装置，安装在箱式底座台面6上的水平面内圆周运动演示装置、向心力测试装置，
所述的动力装置包括电机1和控制电机转速的电子式调速装置2以及电源开关3，电机轴5与主轴12使用螺旋轴套连接安装在箱式底座台面上的轴承7内，
所述的水平面内圆周运动演示装置包括固定在主轴上的圆形透明水槽14，该水槽底部固定着转速周期盘13，槽内放置着可活动的测试块。
所述的向心力测试装置包括固定在主轴上的上横向滑轨11、下横向滑轨8，圆柱形滑块21套在上、下横向滑轨上，上、下横向滑轨之间的主轴上固定着测力横杆9，测力横杆与圆柱形滑块之间装有测力弹簧22，横向滑轨下方的箱式底座台面上安装有刻度尺23和弹簧秤面板24。
所述的主轴顶部设有凹槽18，凹槽内装有连接着线绳的摆球25。
所述的水平面内圆周运动演示装置还包括侧面附着现象演示装置，该装置由固定在主轴上的固定架17和可在固定架内上下运动的L型金属托架16组成，L型金属托架的水平部分前端为U型。
实施例3，一种圆周运动综合实验平台，其特征是：包括箱式底座，安装在箱式底座内的动力装置，安装在箱式底座台面6上的水平面内圆周运动演示装置、向心力测试装置，
所述的动力装置包括电机1和控制电机转速的变频调速装置2以及电源开关3，电机轴5与主轴12使用螺旋轴套连接安装在箱式底座台面上的轴承7内，
所述的水平面内圆周运动演示装置包括固定在主轴上的圆形透明水槽14，该水槽底部固定着转速周期盘13，槽内放置着可活动的测试块。
所述的向心力测试装置包括固定在主轴上的上横向滑轨11、下横向滑轨8，圆柱形滑块21套在上、下横向滑轨上，上、下横向滑轨之间的主轴上固定着测力横杆9，测力横杆与圆柱形滑块之间装有测力弹簧22，横向滑轨下方的箱式底座台面上安装有刻度尺23和弹簧秤面板24。
所述的主轴顶部设有凹槽18，凹槽内装有连接着线绳的摆球25。
所述的水平面内圆周运动演示装置还包括侧面附着现象演示装置，该装置由固定在主轴上的固定架17和可在固定架内上下运动的L型金属托架16组成，L型金属托架的水平部分前端为U型。
所述的向心力测试装置还包括圆柱形滑块运动轨迹记录装置，该记录装置由固定在主轴上的柱塞泵19和连接柱塞泵与圆柱形滑块底部尖端的透明细软管20组成。
所述的上横向滑轨在装有圆柱形滑块的相反方向上固定着配重物10。所述的圆柱形滑块由滑块芯211和罩在滑块芯外表的滑块套212组成，滑块套可以单独取下。
Claims (6)
1.一种圆周运动综合实验平台，其特征是：包括箱式底座，安装在箱式底座内的动力装置，安装在箱式底座台面上的水平面内圆周运动演示装置、向心力测试装置，
所述的动力装置包括电机和控制电机转速的调速装置以及电源开关，电机轴与主轴使用螺旋轴套连接安装在箱式底座台面上的轴承内，
所述的水平面内圆周运动演示装置包括固定在主轴上的圆形透明水槽，该水槽底部固定着转速周期盘，槽内放置着可活动的测试块，
所述的向心力测试装置包括固定在主轴上的上横向滑轨、下横向滑轨，圆柱形滑块套在上、下横向滑轨上，上、下横向滑轨之间的主轴上固定着测力横杆，测力横杆与圆柱形滑块之间装有测力弹簧，横向滑轨下方的箱式底座台面上安装有刻度尺和弹簧秤面板，
所述的主轴顶部设有凹槽，凹槽内装有连接着线绳的摆球，
所述的水平面内圆周运动演示装置还包括侧面附着现象演示装置，该侧面附着现象演示装置由固定在主轴上的固定架和可在固定架内上下运动的L型金属托架组成，L型金属托架的水平部分前端为U型。
2.根据权利要求1所述的圆周运动综合实验平台，其特征是：所述的向心力测试装置还包括圆柱形滑块运动轨迹记录装置，该记录装置由固定在主轴上的柱塞泵和连接柱塞泵与圆柱形滑块底部尖端的透明细软管组成，软管末端装有注射针头。
3.根据权利要求1所述的圆周运动综合实验平台，其特征是：所述的调速装置为电感调速装置、电子调速装置或变频调速装置。
4.根据权利要求1所述的圆周运动综合实验平台，其特征是：所述的上横向滑轨在装有圆柱形滑块的相反方向上固定着配重物。
5.根据权利要求1所述的圆周运动综合实验平台，其特征是：所述的圆柱形滑块由滑块芯和罩在滑块芯外表的滑块套组成，滑块套可以单独取下。
6.权利要求1-5之一所述的圆周运动综合实验平台的使用方法，其特征是：A.在圆形透明水槽的底部放置不同材质和质量的测试块，启动电机使圆形透明水槽旋转，能够观察到不同转速下离心力的不同，
B.提起L型金属托架并在托架靠近圆形透明水槽内壁处放置弹性材料制成的测试块，然后启动电机使圆形透明水槽旋转落下L型金属托架，能够观察到当转速达到一定速度时弹性材料制成的测试块由于侧面弹力、摩擦力的作用附着在圆形透明水槽内壁不会落下，
C.从主轴的凹槽内取出摆球，启动电机使主轴旋转能够观察到转速不同，系在摆球上的线绳形成的圆锥轨迹的顶角不同，
D.通过控制变量法，验证向心力、质量、转速、半径的关系实验时，直接从上方观察周期盘，读出周期，通过调速开关调节好电机的转速，可在周期盘上读出0.4s、0.5s、0.6s、0.8s、1.0s、1.2s的不同周期值,柱塞泵内吸入水，当调节好电机的转速，周期盘上的周期稳定在某一数值时，快速轻推柱塞泵的活塞，水通过透明细软管，从固定在圆柱形滑块底端安装在软管末端的注射针头喷出，洒在箱式底座台面的弹簧秤面板和刻度尺上，通过读取弹簧秤面板、刻度尺的数值，即可读出圆柱形滑块所受的弹簧拉力，及运动半径，并且圆柱形滑块的滑块芯质量0.1Kg、滑块套质量0.05Kg，拆装滑块能够很方便的改变研究对象的质量。
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