專利名稱：鐘型三力關(guān)系演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種物理實(shí)驗(yàn)儀器，特別是涉及力學(xué)實(shí)驗(yàn)中三力關(guān)系演儀器。
現(xiàn)有的物理教學(xué)中對(duì)園周運(yùn)動(dòng)中的向心力、離心力及其二者關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，有離心轉(zhuǎn)臺(tái)、向心力演示器及離心軌道等，可顯示物體在園周運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生離心力、向心力的方法及用儀器測(cè)定出離心力(向心力)大小。這些儀器都結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高昂。盡管如此，對(duì)在轉(zhuǎn)動(dòng)中物體所產(chǎn)生的離心力(F)重力(G)及壓力或反彈力(N)三者之間的相互關(guān)系，即F＝G＋N(向心力)無法顯示出來，更測(cè)不到F＝G(N＝0)時(shí)的臨界速度V0，故實(shí)驗(yàn)不夠完善和精確。
本實(shí)用新型的目的是為了彌補(bǔ)上述實(shí)驗(yàn)的不足而設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)緊湊、制作容易、造價(jià)低廉、使用方便的實(shí)驗(yàn)儀器。本儀器可通過燈光的變化顯示出三力相互變化的關(guān)系，并能測(cè)出臨界速度V0(換算為n。)，還可驗(yàn)證理論公式，使課堂教學(xué)直觀化，提高教學(xué)興趣和效果。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的通過鐘體旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，使導(dǎo)管內(nèi)的鋼球甩出，壓在銅片上，接通電路，因鋼球本身既是運(yùn)動(dòng)體又是導(dǎo)體，隨離心力大小而改變其接觸面積，從而使接觸電阻隨之改變，也改變電流大小和電路通斷，由電珠閃出的光度來判斷三力變化關(guān)系。
儀器的工作原理是當(dāng)支架上的鐘體用手拉轉(zhuǎn)時(shí)，由于初速高，離心力大，鋼球在導(dǎo)管內(nèi)運(yùn)動(dòng)到端部壓住導(dǎo)電片接通電路，又因?qū)щ娖聦訛橄鹉z墊，受壓后產(chǎn)生凹變形，使鋼球與導(dǎo)電片接觸面積加大，鋼球接觸電阻減少，電流大，因儀器在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)兩邊電池電路是采用并聯(lián)接線，故雙電珠發(fā)強(qiáng)光。此時(shí)，三力處于強(qiáng)平衡狀態(tài)，F(xiàn)＞G N＞O(N為回彈力)，F(xiàn)＝G＋N。
當(dāng)鐘體轉(zhuǎn)速逐漸下降，離心力和壓力也減小，鋼球受橡膠墊回彈力(N)作用小，與導(dǎo)電片接觸面積減小，鋼球接觸電阻加大，電流減少，電珠發(fā)弱光，轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降至臨界值V0(即鋼球在導(dǎo)管內(nèi)最高點(diǎn)，剛不下落)，此時(shí)雙電珠在瞬間閃一下光點(diǎn)隨即消失，這瞬間速度即為V0(n。)，說明此時(shí)三力處于臨界平衡狀態(tài)F＝G N＝0。
如轉(zhuǎn)速再下降，離心力小于球重力時(shí)，(F＜G)，鋼球在導(dǎo)管內(nèi)只反復(fù)跳動(dòng)幾下，使鐘體停轉(zhuǎn)，兩電珠同時(shí)熄滅再顯微光。
如用光電轉(zhuǎn)速表對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)過程進(jìn)行跟蹤，可測(cè)出鋼球在轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為r的臨界速度V0，再換成n。(臨界轉(zhuǎn)數(shù))n。＝ (30·V0)/(n·r) (每分鐘轉(zhuǎn)速)，可以用來驗(yàn)證力學(xué)中三公式即F＝G＋N；V0＝
；F＝ (G)/(g) · (v2)/(r) 互相關(guān)系。在課堂教學(xué)中動(dòng)用這種關(guān)系能形象地演示人造衛(wèi)星運(yùn)行原理，提高教學(xué)興趣。
通過測(cè)出V0(n。)再與用理論計(jì)算值相比較，可得到本儀器實(shí)用誤差值不超過4％，因?yàn)殇撉蚺c銅片間有微摩擦存在，故誤差均為負(fù)值，但可滿足教學(xué)的需要。
除上述力學(xué)功能外，本儀器可利用其兩個(gè)直流電路作電路的串聯(lián)、并聯(lián)、斷路、短路實(shí)驗(yàn)，不用復(fù)雜儀表，由電珠閃光程度和明滅來判定，只要轉(zhuǎn)換插銷位置即可完成。
本實(shí)用新型三力關(guān)系演示儀的優(yōu)點(diǎn)是(1)通過小電珠閃光，可演示離心力(F)、重力(G)、回彈力(N)三力相互變化關(guān)系，同時(shí)可以測(cè)出當(dāng)N＝0，離心力和重力平衡時(shí)的臨界速度V0，換算為n。，可用來驗(yàn)證力學(xué)中的理論公式，彌補(bǔ)現(xiàn)有儀器的不足。
(2)本儀器結(jié)構(gòu)緊湊、制作容易、造價(jià)低廉、性能可靠、使用方便，可廣泛用在物理教學(xué)中，提高教學(xué)的興趣和效果。


圖1為鐘形三力關(guān)系演示儀的結(jié)構(gòu)圖。
圖中1塑料鐘殼、2有機(jī)玻璃盤面、3透明塑料導(dǎo)管、4鋼球、5調(diào)節(jié)絲堵、6截錐形膠墊、7半錐形銅片、8外導(dǎo)線、9插銷座、10內(nèi)導(dǎo)線、11電池筒、12小電珠、13軸承、14固定軸。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況作進(jìn)一步描述，也作為一個(gè)實(shí)施例給出。
如圖1所示，鐘形三力關(guān)系演示儀，其結(jié)構(gòu)是由硬塑料制成的鐘殼［1］，鐘體園周外端面按十字分中，加工兩對(duì)不同尺寸的同心螺孔，分別安裝透明導(dǎo)管［3］和兩個(gè)電池筒［11］，內(nèi)裝有5＃高容量電池，導(dǎo)管內(nèi)裝有鋼球［4］。導(dǎo)管兩端裝有調(diào)節(jié)絲堵［5］，在導(dǎo)管內(nèi)上下可移動(dòng)距離為l，用來調(diào)節(jié)鋼球中心到軸心的距離，即轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r的大小，(r大小決定產(chǎn)生離心力大小)，絲堵內(nèi)錐面與截錐形橡膠墊［6］相粘合，起緩沖作用，橡膠墊又與二個(gè)半錐形銅片［7］相粘接，中間留有空隙，左右兩半分別為N、S，與內(nèi)導(dǎo)線［10］相接，內(nèi)導(dǎo)線通過插銷座［9］與外導(dǎo)線［8］相接聯(lián)，與兩個(gè)電池筒［11］并聯(lián)接通，形成并聯(lián)分壓電路。鐘體通過鐘殼背面孔安裝軸承［13］和固定軸［14］固定在外支架上。
運(yùn)行情況支架上的鐘體用手拉轉(zhuǎn)時(shí)，其初速度很大，約達(dá)n＝300－350轉(zhuǎn)／分，產(chǎn)生的離心力也大，導(dǎo)管內(nèi)的鋼球運(yùn)動(dòng)到端部壓迫銅片，其接觸面積也大，鋼球接觸電阻減小很多。電流為最大，使電珠發(fā)出強(qiáng)光，三力關(guān)系為F＞G N＞0處于強(qiáng)平衡狀態(tài)，即F＝G＋N。隨后鐘體以均勻降速，其園周運(yùn)動(dòng)下降率為2轉(zhuǎn)／秒，銅片受壓也隨之減小，當(dāng)N＝0(鋼球在導(dǎo)管一端位于最高點(diǎn)，剛不下落時(shí))，此時(shí)F＝G，電珠發(fā)弱光，在這一瞬間，用HT－466型光電轉(zhuǎn)速表測(cè)出其臨界轉(zhuǎn)速V0(n0)(表誤差±0.05％)。實(shí)際測(cè)出的誤差值K＝3％左右，可以滿足數(shù)學(xué)需要。當(dāng)離心力降到F＜G時(shí)，鋼球下落，在導(dǎo)管內(nèi)反復(fù)跳幾下，鐘體停轉(zhuǎn)兩個(gè)電珠同時(shí)熄滅再顯下微光。
權(quán)利要求1.一種鐘形三力關(guān)系演示儀，其特征是該演示儀由塑料鐘殼[1]有機(jī)玻璃盤面[2]透明塑料導(dǎo)管[3]管內(nèi)鋼球[4]與調(diào)節(jié)絲堵[5]相連接，絲堵錐面上粘有截錐形整體膠墊[6]，膠墊外層粘有兩個(gè)半錐形銅片[7]，銅片下部分別焊出兩根外導(dǎo)線[8]，通過插銷座[9]內(nèi)導(dǎo)線[10]與電池筒[11]相連接，電池筒一端有小電珠[12]，鐘殼背面有園孔裝有軸承[13]固定軸[14]與外支架固定所組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三力關(guān)系演示器，其特征在于鐘體園周外端面按十字分中，加工兩對(duì)不同尺寸的同心螺孔，分別裝有導(dǎo)管和電池筒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三力關(guān)系演示器，其特征在于，調(diào)節(jié)絲堵在導(dǎo)管內(nèi)上下可移動(dòng)距離l調(diào)節(jié)小球中心到軸心距離(轉(zhuǎn)動(dòng)半徑r的大小)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三力關(guān)系演示器，其特征在于兩個(gè)半錐形銅片［7］與兩邊電池筒［11］是采用并聯(lián)接線、形成并聯(lián)分壓電路。
專利摘要本實(shí)用新型是一種鐘型的三力關(guān)系演示儀，是由塑料鐘殼[1]透明導(dǎo)管[3]小鋼球[4]半錐形銅片[7]截錐形膠墊[6]調(diào)節(jié)絲堵[5]，通過導(dǎo)線[10]與電池筒[11]和小電珠[12]連接等構(gòu)成。當(dāng)鐘體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)管內(nèi)的鋼球隨離心力(F)大于、等于或小于其重力(G)的情況下，使電路通斷及電阻的改變、小電珠顯示強(qiáng)光、弱光或無光，可判斷出F、G、N(壓力或回彈力)三力之間變化規(guī)律。同時(shí)可測(cè)出
文檔編號(hào)G09B23/00GK2165493SQ9224225
公開日1994年5月18日 申請(qǐng)日期1992年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月23日
發(fā)明者李四林 申請(qǐng)人:李四林