專利名稱：新型向心力探究儀器的制作方法
技術領域：
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新型向心力探究儀器，屬于中學教學用具領域，主要用于教學過程中探究向 心力與相關因素的具體關系。
技術背景
經(jīng)過查新發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的關于向心力方面的實驗儀器或者裝置主要使用測力計 直接測定物體轉動所需的向心力大小，采用刻度尺直接測量物體轉動的半徑， 采用目測計數(shù)方式測定轉速等方式來確定向心力公式當中涉及到的幾個物理 量。但是采用這樣的方式確定相關物理量存在以下幾個方面的問題與向心力 相關的物理量在實驗過程中無法方便自主的改變，基本上是預先設定好部分物 理量然后在實驗過程中去尋找剩余物理量的臨界值，使得整個實驗過程變得很 被動，無法達到真正的探索性實驗的目的。而且有的儀器當中實驗的時候測力 計彈簧一起運動產(chǎn)生離心現(xiàn)象導致測力不準確。實驗過程中讀取轉動半徑的刻
度尺隨轉動臂一起轉動使得實驗過程中讀取轉動半徑相當不方便和不準確。在 總結已有設備的優(yōu)缺點的基礎上該實用新型如下設計
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所解決的技術問題是解決目前設備當中物體轉動所需向心力 測量不準確的問題，解決現(xiàn)有設備當屮存在的與實驗相關的物理量無法隨心改 變而無法發(fā)到探索性試驗目的的問題，解決現(xiàn)有設備當中讀取物體實際轉動半 徑不方便以及不準確的問題。
為解決上述問題，我在新設計當中采用如下設計方案
1. 測力計采用螺母固定于固定臂上，讓測力計靜止，方便讀數(shù)和根據(jù)實驗要求 更換不同量程以及靈敏度的測力計。
2. 測力計與細繩之間通過鈕環(huán)連接，防止實驗過程中因細繩扭轉過度而影響精 確測量實驗半徑和測量物體轉動所需的向心力。
3. 用可變質(zhì)量的小車作為研究物體，變研究物體與轉動臂之間的滑動摩擦為轉 動摩擦，減小摩擦力對所需向心力測量的影響。
4. 畫筆采用十字型設計，可以靈安裝和拆卸使畫筆的尖細保證在刻度尺上劃下 的刻度線條清晰，而且十字結構保證小車不脫離轉動臂。
5. 轉動臂采用凹槽型內(nèi)部滑槽設計(見附圖三)，將十字畫筆穿過滑槽固定于 實驗小車上，保證實驗過程中小車無法脫離轉動臂，保證實驗安仝。6. 轉動臂的轉軸兩側有刻度，零刻度與轉軸對齊，用于實驗前通過計算確定配 重位置，減小實驗過程中儀器的震動，提高實驗精度。
7. 整個轉動裝置采用學生實驗電機可調(diào)速地，通過調(diào)節(jié)電機輸入電壓調(diào)節(jié)電 機轉速，將電機變速后與轉動臂連接，保證轉動臂勻速轉動。
8. 測量實際轉動半徑的刻度尺固定，讓隨實驗小車一起轉動的畫筆在刻度尺上 畫出刻度讀取實際轉動半徑，提高實際轉動半徑測量的精確度。
9. 轉動臂轉速的測定提供兩種選擇可以直接目測轉動臂經(jīng)過參考指針正上方 一定次數(shù)所用時間，求得轉速；也可以將光電測速裝置安裝在光電門安裝槽 上使用光電測速裝置測定轉速。
10. 刻度尺由刻度尺控制旋鈕控制它在豎直方向較小范圍內(nèi)升降，以便測定轉速 的時候將其略微升高，讓畫筆在上面劃下一條刻度線再直接讀取示數(shù)。


附圖1為儀器正視二維平面圖，附圖2為轉動電機調(diào)速電路圖，附圖3為 轉動臂右上視角斜視圖。
附圖1中具體部件名稱及作用是
1:測力計固定螺母，用于固定測力計，用螺母固定測力計方便根據(jù)實驗要 求更換不同量程以及不同靈敏度的測力計，以提高實驗過程中對小車轉動所需 向心力的測定的精確度。
2:固定的測力計，將測力計固定有助于實驗中直接讀取它所測得的力的大 小，而且測力計固定避免了因為測力計隨轉動臂一起轉動產(chǎn)生離心現(xiàn)象而使測 力不準確的弊端。
3:可拆卸的固定臂，用于固定測力計，在實驗儀器運輸?shù)倪^程中可以將固 定臂拆卸以減小實驗儀器所占的空間。
4:鈕環(huán)，連接測力計與細繩，減小實驗過程中細繩的扭轉程度，防止實驗 中因細繩過度扭轉而影響精確測量實驗半徑和測量物體轉動所需的向心力。
5:配重，配重上有固定螺母用于固定配重在轉動臂上的位置，位置可調(diào)的 配置可以減小試驗中整個儀器的震動，保證實驗的精確度和實驗安全。
6:光滑fe定滑輪，讓細繩繞過定滑輪與測力計像連接，解決測力計必須跟 隨轉動臂一起轉動的問題。
7:細繩，連接實驗小車和測力計，細繩質(zhì)量輕，減小測力計的測量誤差， 而且可以通過細繩調(diào)節(jié)實驗時實驗小車的轉動半徑。
8:轉動臂，用于安放配重和實驗小車，而且轉動臂上有刻度，這樣方便根 據(jù)小車轉動半徑調(diào)節(jié)配重位置減小儀器震動。9:實驗小車，通過更換位于重心豎直線上的相同大小不同質(zhì)量的配重螺母 來改變質(zhì)量達到隨意改變實驗研究質(zhì)量的目的。
10:擋光片，在采用光電測速裝置測定轉速的時候，擋光片擋住光電門的 光路讓光電門獲得實驗數(shù)據(jù)。
11:十字畫筆，畫筆尖位于重心豎直線上，用于在刻度尺上劃下小車轉動 半徑。采用十字設計是為了保證實驗小車不能脫離轉動臂，保證實驗安全。
12:轉動臂，有可調(diào)速實驗電機變速后帶動保證轉動臂勻速轉動，達到實 驗的勻速轉動要求。
13:刻度尺，其刻度面稍微傾斜，利于師生去讀刻度。而且刻度尺位置可 以在較小范圍內(nèi)垂直升降，在必要的時候才讓畫筆在刻度面上劃下痕跡。
14:光電門安裝槽，采用光電測速裝置測定轉速的時候用于安裝光電門。 如果采用目測方式測得轉速，則不用該配件。
15:參考指針，在通過目測方式測定轉速的時候作為參考，確定轉動臂經(jīng) 過參考指針正上方的次數(shù)。
16:水準儀，在調(diào)節(jié)儀器底座螺母的時候輔助調(diào)節(jié)，使儀器底座水平，從 而保證測力計處于豎直方向上。
17:描點控制旋鈕，用于控制刻度尺在豎直方向上較小范圍內(nèi)的升降，輔 助測定實驗小車的實際轉動半徑。
18:調(diào)速旋鈕，通過調(diào)速旋鈕調(diào)節(jié)電機的輸入電壓，從而達到調(diào)節(jié)電機轉 動速度的目的。
19:接線柱，用于接入可調(diào)速電機電源。
20:電源開關，控制整個實驗儀器的電源，方便實驗操作。 附圖3中1是畫筆活動槽，讓畫筆可以在活動槽內(nèi)自由的活動，保證實驗 過程中轉動臂不影響畫筆的運動，而且畫筆的十字結構無法穿過活動槽保證畫 筆無法脫離轉動臂從而保證實驗小車無法脫離轉動臂，保證實驗安全。
具體實施方式
1.實驗前的準備_
1. 1調(diào)節(jié)儀器底座水平，選擇好測力計并將其固定在固定臂上。
1.2稱量實驗小車以及選用的配重螺母的總質(zhì)量附。
1.3用細繩將實驗小車和測力計之間連接好，而且根據(jù)大致轉動半徑確定好 配重的位置后旋緊配重的固定螺母。'
1.4斷開電源開關，將電源線接在接線柱上，將調(diào)速旋鈕調(diào)至最低轉速處。2. 開始實驗
2.1打開電源開關，緩慢調(diào)節(jié)調(diào)速旋鈕并觀察轉動臂轉動情況，當達到一定 轉速后就停止調(diào)節(jié)調(diào)速旋鈕，不要讓轉動臂轉動的太快避免實驗出現(xiàn)危 險。
2.2待到轉動臂轉動穩(wěn)定之后開始測定轉動臂轉速《。設計提供兩種測定轉 速的方式a:借助秒表通過目測轉動臂經(jīng)過參考指針正上方一定次數(shù)所 用的時間，計算出轉速；b:通過光電測速裝置自動測速，實驗之后直 接從光電測速裝置上讀取轉速。
2. 3轉速測定完成之后隨即注意觀察測力計示數(shù)，并且準備調(diào)節(jié)描點控制旋 鈕，在調(diào)節(jié)描點控制旋鈕的同時讀取測力計示數(shù)F，盡量保證轉動半徑 的測量和測力計示數(shù)的讀取時同一實驗瞬間以提高實驗精度。
2.4關閉電源開關，轉動臂靜止之后從刻度尺上讀取實驗小車的轉動半徑"
2. 5分別更換小車上的配重螺母改變實驗研究質(zhì)量、改變細繩連接長度變化
實驗研究半徑、改變實驗研究轉速重復上述步驟進行實驗，獲得不同實 驗條件下的實驗數(shù)據(jù)并且分別記錄實驗數(shù)據(jù)。
2.6完成整個實驗過程，進行數(shù)據(jù)處理，探究實驗數(shù)據(jù)當中存在的規(guī)律，得 出向心力相關的規(guī)律。
3. 實驗注意事項
3. 1實驗開始之前應該要將實驗儀器底座調(diào)至水平。
3. 2從測定轉速開始直到本次實驗完成都不得調(diào)節(jié)調(diào)速旋鈕改變轉速。
3. 3測定轉速、讀取測力計示數(shù)、刻度尺描點測定半徑三個過程在盡量短的 時間間隔內(nèi)完成，以盡量保證三個物理量的同時性。
權利要求1.新型向心力探究儀器，包括固定臂、固定的測力計、鈕環(huán)、轉動臂、配重、實驗小車、十字畫筆、靜止的刻度尺、參考指針、光電門安裝槽、調(diào)速旋鈕，其特征在于測力計用螺母固定，測力計靜止而且可以更換。
2. 根據(jù)權利要求l所述的新型向心力探究儀器，其特征在于實驗小車與測力 計之間采用鈕環(huán)和細繩連接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的新型向心力探究儀器，其特征在于轉動臂上有零刻 度與轉軸對齊的刻度。
4. 根據(jù)權利要求l所述的新型向心力探究儀器，其特征在于描畫實際轉動半 徑的畫筆采用十字構造。
5. 根據(jù)權利要求l所述的新型向心力探究儀器，其特征在于測量實際轉動半 徑的刻度尺靜止，而且其豎直高度可調(diào)。
6. 根據(jù)權利要求1所述的新型向心力探究儀器，其特征在于參考指針、光電 門安裝槽為實驗過程中提供兩種不同的轉速測定方式。
7. 根據(jù)權利要求l所述的新型向心力探究儀器，其特征在于整個實驗過程中 可以用調(diào)速旋鈕來調(diào)節(jié)轉動臂的轉速。
專利摘要新型向心力探究儀器是一種中學物理教學實驗儀器，主要用于探究向心力以及與向心力相關因素之間的具體關系。該實用新型用于解決已有儀器當中存在的如下問題與向心力相關的物理量在實驗過程中無法方便自主的改變、實驗時測力計彈簧一起運動產(chǎn)生離心現(xiàn)象導致測力不準確、摩擦力對所需向心力測定的影響過大、刻度尺隨轉動臂轉動導致實驗過程中讀取轉動半徑不方便和不準確。為解決上述問題，在該實用新型中用螺母1將測力計固定方便讀取示數(shù)，采用鈕環(huán)4防止因細繩過度扭轉而導致測力和測量實際轉動半徑不準確，采用小車9為研究對象減小研究物體所受的摩擦力對所需向心力測定的影響，采用十字畫筆11和固定刻度尺13結合使刻度尺靜止，方便讀取實際轉動半徑。
文檔編號G09B23/10GK201402545SQ200920080528
公開日2010年2月10日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權日2009年4月30日
發(fā)明者何金營 申請人:何金營