CN109523874B - 一种中学物理向心力测算实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中学物理向心力测算实验装置，包括底板、支柱和实验台；所述支柱固定安装在底板上的中间位置，支柱为内部中空的圆柱结构，且支柱的外侧开设有滑槽，支柱的外侧还套设有滑套，滑套与滑槽滑动连接；所述支柱的内部转动安装有旋转轴，旋转轴的上侧内部开设有空腔，空腔的底部转动安装有绕线辊，绕线辊上缠绕有拉绳，所述实验台上放置有实验小球，实验小球与拉绳的另一端固定连接。本发明不仅能够测算常用物理量对向心力的影响，还可以测算出角度对向心力的影响，使学生能够更加容易理解向心力计算公式中各物理量的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种实验装置，具体是一种中学物理向心力测算实验装置。
背景技术
在古典力学中，向心力是当物体沿着圆周或者曲线轨道运动时，指向圆心（曲率中心）的合外力作用力。“向心力”一词是从这种合外力作用所产生的效果而命名的。这种效果可以由弹力、重力、摩擦力等任何一力而产生，也可以由几个力的合力或其分力提供。
因为圆周运动属于曲线运动，在做圆周运动中的物体也同时会受到与其速度方向不同的合外力作用。对于在做圆周运动的物体，向心力是一种拉力，其方向随着物体在圆周轨道上的运动而不停改变。此拉力沿着圆周半径指向圆周的中心，所以得名“向心力”。向心力指向圆周中心，且被向心力所控制的物体是沿着切线的方向运动，所以向心力必与受控物体的运动方向垂直，仅产生速度法线方向上的加速度。因此向心力只改变所控物体的运动方向，而不改变运动的速率，即使在非匀速圆周运动中也是如此。非匀速圆周运动中，改变运动速率的切向加速度并非由向心力产生。
根据向心力计算公式可知，向心力是受测物体的质量、角速度和转动半径决定，现有的中学实验对向心力的测定通常在平面上通过改变上述三个物理量来计算向心力数值，从而观察这些物理量对向心力的影响，但学生在学习过程中会对转动半径这一物理量的理解不够彻底，从而影响了向心力的正确计算。
发明内容
本发明的目的在于提供一种中学物理向心力测算实验装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种中学物理向心力测算实验装置，包括底板、支柱和实验台；所述底板的左右两侧对称固定安装有两块侧板，两块侧板的上端通过横梁固定连接；所述支柱固定安装在底板上的中间位置，支柱为内部中空的圆柱结构，且支柱的外侧开设有滑槽，支柱的外侧还套设有滑套，滑套与滑槽滑动连接；所述实验台是由四块扇形板组成，每两块扇形板之间通过弹性连接件固定连接，四块扇形板的一端与支柱的上端转动连接，四块扇形板的底部均转动安装有推拉杆，四根推拉杆的另一端分别与滑套的四周铰接；所述支柱的内部转动安装有旋转轴，旋转轴的上侧内部开设有空腔，空腔的底部转动安装有绕线辊，绕线辊上缠绕有拉绳，所述实验台上放置有实验小球，实验小球与拉绳的另一端固定连接。
作为本发明进一步的方案：所述滑槽的四周对称开设有螺纹孔，螺纹孔有若干个，且沿滑槽从上到下等距设置，所述滑套的四周对称设置有与螺纹孔相对应的紧固螺丝。
作为本发明再进一步的方案：所述空腔的内部还均匀安装有若干限位板，支柱的上部开设有通孔，支柱的上侧固定安装有限位环，通孔、限位板和限位环竖直设置。
作为本发明再进一步的方案：所述底板上还设置有驱动装置，驱动装置包括第二电机和连接轴，第二电机固定安装在底板上，第二电机的输出端通过联轴器与连接轴固定连接，连接轴的另一端通过锥齿轮组与旋转轴的下端传动连接。
作为本发明再进一步的方案：所述扇形板上设置有刻度条。
作为本发明再进一步的方案：所述横梁的下侧设置有测速仪，测速仪的具体型号为优利德UT371。
作为本发明再进一步的方案：所述横梁的下侧设置有螺杆，螺杆的左右两端分别与两块侧板转动连接，螺杆上螺纹连接有螺套，螺套的上侧与横梁滑动连接，螺套的下侧固定安装有测速仪，侧板的外侧还固定安装有带动螺杆转动的第一电机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在进行实验时通过绕线辊控制拉绳的长度，从而改变实验小球的转动半径，还可以通过第一电机带动螺杆转动，从而带动螺套移动以改变测速仪的位置，使测速仪靠近实验小球，以便精确的检测实验小球转动时的速度，还可以通过紧固螺丝与若干螺纹孔的配合将滑套固定在支柱上的不同高度，从而通过推拉杆带动扇形板转动，使扇形板与水平面的角度发生改变，不仅能够测算常用物理量对向心力的影响，还可以测算出角度对向心力的影响，使学生能够更加容易理解向心力计算公式中各物理量的实际意义。
附图说明
图1为中学物理向心力测算实验装置的结构示意图。
图2为中学物理向心力测算实验装置中支柱的结构示意图。
图3为中学物理向心力测算实验装置中旋转轴的结构示意图。
图4为中学物理向心力测算实验装置中支柱的俯视图。
图5为中学物理向心力测算实验装置中实验台的结构示意图。
图中：1-底板、2-支柱、3-旋转轴、4-滑套、5-推拉杆、6-侧板、7-实验台、8-螺杆、9-横梁、10-螺套、11-测速仪、12-实验小球、13-拉绳、14-第一电机、15-第二电机、16-滑槽、17-螺纹孔、18-紧固螺丝、19-通孔、20-导线环、21-限位板、22-绕线辊、23-空腔、24-扇形板、25-弹性连接件、26-刻度条。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
请参阅图1-5，一种中学物理向心力测算实验装置，包括底板1、支柱2和实验台7；所述底板1的左右两侧对称固定安装有两块侧板6，两块侧板6的上端通过横梁9固定连接；所述支柱2固定安装在底板1上的中间位置，支柱2为内部中空的圆柱结构，且支柱2的外侧开设有滑槽16，支柱2的外侧还套设有滑套4，滑套4与滑槽16滑动连接；所述滑槽16的四周对称开设有螺纹孔17，螺纹孔17有若干个，且沿滑槽16从上到下等距设置，所述滑套4的四周对称设置有与螺纹孔17相对应的紧固螺丝18，通过紧固螺丝18与若干螺纹孔17的配合将滑套4固定在支柱2上的不同高度；所述实验台7是由四块扇形板24组成，每两块扇形板24之间通过弹性连接件25固定连接，四块扇形板24的一端与支柱2的上端转动连接，四块扇形板24的底部均转动安装有推拉杆5，四根推拉杆5的另一端分别与滑套4的四周铰接，通过改变滑套4的高度，从而通过推拉杆5带动扇形板24转动，使扇形板24与水平面的角度发生改变；
所述支柱2的内部转动安装有旋转轴3，旋转轴3的上侧内部开设有空腔23，空腔23的底部转动安装有绕线辊22，绕线辊22上缠绕有拉绳13，所述实验台7上放置有实验小球12，实验小球12与拉绳13的另一端固定连接，通过绕线辊22控制拉绳13的长度，从而改变实验小球的转动半径；所述空腔23的内部还均匀安装有若干限位板21，支柱2的上部开设有通孔19，支柱2的上侧固定安装有限位环20，通孔19、限位板21和限位环20竖直设置，以便保持拉绳13呈竖直状态；
为了带动旋转轴3在支柱2的内部转动，所述底板1上还设置有驱动装置，驱动装置包括第二电机15和连接轴，第二电机15固定安装在底板1上，第二电机15的输出端通过联轴器与连接轴固定连接，连接轴的另一端通过锥齿轮组与旋转轴3的下端传动连接，从而使第二电机15的转动带动旋转轴3的转动；
在实验时，为了方便测量实验小球12的转动半径，所述扇形板24上设置有刻度条26；
所述横梁9的下侧设置有测速仪11，测速仪的具体型号为优利德UT371，以便检测实验小球12转动时的速度，从而根据向心力公式计算出小球的向心力。
实施例2
请参阅图1-5，一种中学物理向心力测算实验装置，包括底板1、支柱2和实验台7；所述底板1的左右两侧对称固定安装有两块侧板6，两块侧板6的上端通过横梁9固定连接；所述支柱2固定安装在底板1上的中间位置，支柱2为内部中空的圆柱结构，且支柱2的外侧开设有滑槽16，支柱2的外侧还套设有滑套4，滑套4与滑槽16滑动连接；所述滑槽16的四周对称开设有螺纹孔17，螺纹孔17有若干个，且沿滑槽16从上到下等距设置，所述滑套4的四周对称设置有与螺纹孔17相对应的紧固螺丝18，通过紧固螺丝18与若干螺纹孔17的配合将滑套4固定在支柱2上的不同高度；所述实验台7是由四块扇形板24组成，每两块扇形板24之间通过弹性连接件25固定连接，四块扇形板24的一端与支柱2的上端转动连接，四块扇形板24的底部均转动安装有推拉杆5，四根推拉杆5的另一端分别与滑套4的四周铰接，通过改变滑套4的高度，从而通过推拉杆5带动扇形板24转动，使扇形板24与水平面的角度发生改变；
所述支柱2的内部转动安装有旋转轴3，旋转轴3的上侧内部开设有空腔23，空腔23的底部转动安装有绕线辊22，绕线辊22上缠绕有拉绳13，所述实验台7上放置有实验小球12，实验小球12与拉绳13的另一端固定连接，通过绕线辊22控制拉绳13的长度，从而改变实验小球的转动半径；所述空腔23的内部还均匀安装有若干限位板21，支柱2的上部开设有通孔19，支柱2的上侧固定安装有限位环20，通孔19、限位板21和限位环20竖直设置，以便保持拉绳13呈竖直状态；
为了带动旋转轴3在支柱2的内部转动，所述底板1上还设置有驱动装置，驱动装置包括第二电机15和连接轴，第二电机15固定安装在底板1上，第二电机15的输出端通过联轴器与连接轴固定连接，连接轴的另一端通过锥齿轮组与旋转轴3的下端传动连接，从而使第二电机15的转动带动旋转轴3的转动；
在实验时，为了方便测量实验小球12的转动半径，所述扇形板24上设置有刻度条26；
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述横梁9的下侧设置有螺杆8，螺杆8的左右两端分别与两块侧板6转动连接，螺杆8上螺纹连接有螺套10，螺套10的上侧与横梁9滑动连接，螺套10的下侧固定安装有测速仪11；所述侧板6的外侧还固定安装有带动螺杆8转动的第一电机14，通过第一电机14带动螺杆8转动，从而带动螺套10移动以改变测速仪11的位置，使测速仪11靠近实验小球，以便精确的检测实验小球12转动时的速度，从而根据向心力公式计算出小球的向心力。
本发明在进行实验时通过绕线辊控制拉绳的长度，从而改变实验小球的转动半径，还可以通过第一电机带动螺杆转动，从而带动螺套移动以改变测速仪的位置，使测速仪靠近实验小球，以便精确的检测实验小球转动时的速度，还可以通过紧固螺丝与若干螺纹孔的配合将滑套固定在支柱上的不同高度，从而通过推拉杆带动扇形板转动，使扇形板与水平面的角度发生改变，不仅能够测算常用物理量对向心力的影响，还可以测算出角度对向心力的影响，使学生能够更加容易理解向心力计算公式中各物理量的实际意义。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (1)
1.一种中学物理向心力测算实验装置，包括底板（1）、支柱（2）和实验台（7）；所述底板（1）的左右两侧对称固定安装有两块侧板（6），两块侧板（6）的上端通过横梁（9）固定连接，其特征在于，所述支柱（2）固定安装在底板（1）上的中间位置，支柱（2）为内部中空的圆柱结构，且支柱（2）的外侧开设有滑槽（16），支柱（2）的外侧还套设有滑套（4），滑套（4）与滑槽（16）滑动连接；所述实验台（7）是由四块扇形板（24）组成，每两块扇形板（24）之间通过弹性连接件（25）固定连接，四块扇形板（24）的一端与支柱（2）的上端转动连接，四块扇形板（24）的底部均转动安装有推拉杆（5），四根推拉杆（5）的另一端分别与滑套（4）的四周铰接；所述支柱（2）的内部转动安装有旋转轴（3），旋转轴（3）的上侧内部开设有空腔（23），空腔（23）的底部转动安装有绕线辊（22），绕线辊（22）上缠绕有拉绳（13），所述实验台（7）上放置有实验小球（12），实验小球（12）与拉绳（13）的另一端固定连接，所述滑槽（16）的四周对称开设有螺纹孔（17），螺纹孔（17）有若干个，且沿滑槽（16）从上到下等距设置，所述滑套（4）的四周对称设置有与螺纹孔（17）相对应的紧固螺丝（18），所述空腔（23）的内部还均匀安装有若干限位板（21），支柱（2）的上部开设有通孔（19），支柱（2）的上侧固定安装有限位环（20），通孔（19）、限位板（21）和限位环（20）竖直设置，所述底板（1）上还设置有驱动装置，驱动装置包括第二电机（15）和连接轴，第二电机（15）固定安装在底板（1）上，第二电机（15）的输出端通过联轴器与连接轴固定连接，连接轴的另一端通过锥齿轮组与旋转轴（3）的下端传动连接，所述扇形板（24）上设置有刻度条（26），所述横梁（9）的下侧设置有测速仪（11），测速仪的具体型号为优利德UT371，所述横梁（9）的下侧设置有螺杆（8），螺杆（8）的左右两端分别与两块侧板（6）转动连接，螺杆（8）上螺纹连接有螺套（10），螺套（10）的上侧与横梁（9）滑动连接，螺套（10）的下侧固定安装有测速仪（11），侧板（6）的外侧还固定安装有带动螺杆（8）转动的第一电机（14）。
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Granted publication date: 20201218 Termination date: 20211029 |
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