專利名稱：向心力實驗器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種物理教學實驗儀器，具體說是涉及一種中學物理教學中關于驗證向心力公式的實驗儀器。
驗證向心力公式實驗，是高中物理教學中必做的學生分組實驗，且為定量實驗。行業標準《JY0331-93向心力實驗器》規定，綜合實驗相對誤差平均值不大于5％。
根據向心力公式F＝Rmω2＝4π2Rm/T2，只要設法測出被研究物體的質量m，轉動半徑R，和物體做勻速圓周運動的角速度ω或周期T。在以上三種物理量的測量中質量m和半徑R均可借助現有手段測出，并能達到精度要求。而周期T的測量是多年來國內同類實驗手段中一直未能有效解決的一個難題。
已知對向心力實驗教學儀器的研究，如中國專利實用新型CN8720033U公開的向心力實驗器，它由機體上安裝帶有膠輪的旋轉軸，其上分別設有凹形橫梁和帶有配重的配重桿，在凹形橫梁上裝有裝載研究物體的小車，并帶有記錄筆，通過驅動電機控制膠輪旋轉，利用改變電機輸入電壓的大小來改變研究物體的轉速。此技術相對于手動驅動的向心力實驗方法更為先進，但也存在一些問題，如采用微電機測速裝置，即在電動驅動輪上加裝直流小電機，將轉速信號轉換成電壓信號，用伏特表讀出，此方法實驗操作復雜，測量直觀性和分組實驗一致性差，加上測速電機參數不盡一致，轉速信號與電壓信號的轉換并非線性關系，實驗成功率低。轉速測量難以達到精度要求，影響驗證向心力公式準確性的另一關鍵因素，是被研究物體(即重錘)與橫梁間存在摩擦力。而上述技術是將重錘做成四輪小車，安裝在凹形軌道橫梁上移動，一方面結構復雜，實驗直觀性差；另一方面被研究物體的重心與其幾何中心不一致，實驗誤差大。
本實用新型的目的是為解決上述技術存在的問題，而提供一種設計合理，操作簡便、直觀性強、實驗誤差小的向心力實驗器。
為實現上述目的，本實用新型的技術解決方案是這樣來完成的向心力實驗器，包括機體及其內設的微電機，通過主動輪驅動帶有立柱的從動輪，由立柱上依次設置的橫桿、彈簧拉桿和導向桿，橫桿的一側裝有可調節的平衡錘，構成同一轉動體，使重錘與拉桿間由彈簧連接，與橫桿平行對應的機體上設有半徑標尺和音響指示機構，所述的從動輪下部安裝一碰撞鈕與機體上對應于橫桿、導向桿和立柱同一垂直平面中心線位置設有的微動開關配合，將被研究物體每轉動一周碰撞一次的機械信號傳遞給機體面板上設置的數字計時器一個啟動或停止信號，實現同步計時；由圓柱形重錘的垂直對稱面上設置兩個槽形滾輪分別位于橫桿的上方和導向桿的下方構成。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點1、利用重錘做勻速圓周運動的機械同步信號作為計時器的啟動和停止信號，并實現數字記憶顯示，計時分辨率為0.01秒。計時誤差不大于1％，具有計時準確、直觀、實驗操作簡便，分組實驗一致性好。
2、保證了被研究物體作勻速圓周運動，方便、準確地自動測出被研究物的轉動周期。
3、采用在圓柱形重錘對稱面上加裝兩個微型滑輪，保證了橫桿對重錘的支撐力與重錘重力相互平衡，被研究物體的重心與其幾何中心一致，大大減少了摩擦力，提高了實驗準確性。
4、向心力實驗器綜合實驗誤差平均值小于3％。


圖1為向心力實驗器的整體結構視圖。
結合所給附圖實施例對本新型作具體的描述。
由圖1所示，向心力實驗器由機體1及其機殼內設置的微電機12，通過設置的主動輪13與帶有立柱1的從動輪17配合，由立柱1上依次設置橫桿2、彈簧拉桿3和導向桿8，橫桿2上設可調節的平衡錘18，拉桿3與重錘5間連接一彈簧4，為減少重錘5相對于橫桿2和導向桿8上位移時摩擦力，由圓柱形重錘5上的對稱面上設置兩個槽形滾輪6分別位于橫桿2的上方和導向桿8的下方構成同一轉動體，且由與橫桿2平行對應的機體11上端面設置可水平位移的音響指示機構9和固定設置的半徑標尺10；由從動輪17下部安裝一碰撞鈕14與機體11上對應于橫桿2、導向桿8和立柱1同一垂直平面中心線位置設有的微動開關16配合，微動開關16通過導線連接固定于機體11面板上的數字計時器15，還包括機體11面板上分別設置接線柱、電源、工作指示燈、電源開關、計時開關和調速旋鈕。
工作狀態時，由直流電機12通過主動輪13驅動從動輪17，時時帶動立柱1及其上的橫桿2和導向桿8連同重錘5及本體上的配重7作勻速圓周運動，由于離心力的作用重錘5作圓周運動的同時，也沿著橫桿2和導向桿8上發生位移運動，重錘5每轉動一周，通過從動輪17下部的碰撞鈕14與微動開關16碰撞一次，將被研究物體作勻速圓周運動的機械信號傳遞給數字計時器15一個開始或停止信號，直接讀數，實現同步計時，而重錘5重心處的指示針對應音響指示機構9上的凹孔從半徑標尺上自動記錄出運動狀態時的半徑。
實驗例驗證向心力公式的物理實驗，被研究物體質量(包括滾輪)0.152千克，轉動周期0.62秒、轉動半徑0.110米，則向心力理論值為1.717牛頓。實際測量向心力值為1.75牛頓。實際值與理論值相對誤差為1.88％。
權利要求1.向心力實驗器，包括機體及其內設的微電機，通過主動輪驅動帶有立柱的從動輪，由立柱上依次設置橫桿、彈簧拉桿和導向桿，橫桿的一側裝有可調節的平衡錘，構成同一轉動體，使重錘與拉桿間由彈簧連接，與橫桿平行對應的機體上設有半徑標尺和音響指示機構，其特征在于所述的從動輪(17)下部安裝一碰撞鈕(14)與機體(11)對應于橫桿(2)、導向桿(8)和立柱(1)同一垂直平面中心線位置設有微動開關(16)配合，將被研究物體每轉動一周碰撞一次的機械信號傳遞給機體(11)面板上設置的數字計時器(15)一個啟動或停止信號，實現同步計時；由圓柱形重錘(5)的垂直對稱面上設置兩個槽形滾輪(6)分別位于橫桿(2)的上方和導向桿(8)的下方構成。
專利摘要本實用新型公開了一種向心力實驗器,包括機體及其內設的微電機,通過主動輪驅動帶有立柱的從動輪,由立柱上依次設有橫桿、彈簧拉桿和導向桿,通過其上的重錘配合構成同一轉動體,與橫桿平行對應的機體設有半徑標尺和音響機構,由從動輪上設置的碰撞鈕與微動開關每轉動一周碰撞一次,給數字計時器一個啟動或停止信號,實現同步計時。具有能自動記錄運動狀態時的半徑,向心力的大小,直接讀出轉速,而且操作簡單、省時的特點,綜合實驗誤差平均值小于3%。
文檔編號G09B23/00GK2373853SQ99212948
公開日2000年4月12日 申請日期1999年6月10日 優先權日1999年6月10日
發明者劉貴毅 申請人:劉貴毅