專利名稱：新型向心力探究儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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新型向心力探究儀器，屬于中學(xué)教學(xué)用具領(lǐng)域，主要用于教學(xué)過程中探究向 心力與相關(guān)因素的具體關(guān)系。
技術(shù)背景
經(jīng)過查新發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的關(guān)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(zhuǎn)動所需的向心力大小，采用刻度尺直接測量物體轉(zhuǎn)動的半徑， 采用目測計數(shù)方式測定轉(zhuǎn)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(guān)物理量存在以下幾個方面的問題與向心力 相關(guān)的物理量在實驗過程中無法方便自主的改變，基本上是預(yù)先設(shè)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(dǎo)致測力不準確。實驗過程中讀取轉(zhuǎn)動半徑的刻
度尺隨轉(zhuǎn)動臂一起轉(zhuǎn)動使得實驗過程中讀取轉(zhuǎn)動半徑相當不方便和不準確。在 總結(jié)已有設(shè)備的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上該實用新型如下設(shè)計
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所解決的技術(shù)問題是解決目前設(shè)備當中物體轉(zhuǎn)動所需向心力 測量不準確的問題，解決現(xiàn)有設(shè)備當屮存在的與實驗相關(guān)的物理量無法隨心改 變而無法發(fā)到探索性試驗?zāi)康牡膯栴}，解決現(xiàn)有設(shè)備當中讀取物體實際轉(zhuǎn)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(shè)計當中采用如下設(shè)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(zhuǎn)過度而影響精 確測量實驗半徑和測量物體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動臂之間的滑動摩擦為轉(zhuǎn) 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(shè)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(jié)構(gòu)保證小車不脫離轉(zhuǎn)動臂。
5. 轉(zhuǎn)動臂采用凹槽型內(nèi)部滑槽設(shè)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(zhuǎn)動臂，保證實驗安仝。6. 轉(zhuǎn)動臂的轉(zhuǎn)軸兩側(cè)有刻度，零刻度與轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動裝置采用學(xué)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(zhuǎn)速，將電機變速后與轉(zhuǎn)動臂連接，保證轉(zhuǎn)動臂勻速轉(zhuǎn)動。
8. 測量實際轉(zhuǎn)動半徑的刻度尺固定，讓隨實驗小車一起轉(zhuǎn)動的畫筆在刻度尺上 畫出刻度讀取實際轉(zhuǎn)動半徑，提高實際轉(zhuǎn)動半徑測量的精確度。
9. 轉(zhuǎn)動臂轉(zhuǎn)速的測定提供兩種選擇可以直接目測轉(zhuǎn)動臂經(jīng)過參考指針正上方 一定次數(shù)所用時間，求得轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速 的時候?qū)⑵渎晕⑸?，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(zhuǎn)動電機調(diào)速電路圖，附圖3為 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動臂一起轉(zhuǎn)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(zhuǎn)程度，防止實驗 中因細繩過度扭轉(zhuǎn)而影響精確測量實驗半徑和測量物體轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動臂一起轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動半徑。
8:轉(zhuǎn)動臂，用于安放配重和實驗小車，而且轉(zhuǎn)動臂上有刻度，這樣方便根 據(jù)小車轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動 半徑。采用十字設(shè)計是為了保證實驗小車不能脫離轉(zhuǎn)動臂，保證實驗安全。
12:轉(zhuǎn)動臂，有可調(diào)速實驗電機變速后帶動保證轉(zhuǎn)動臂勻速轉(zhuǎn)動，達到實 驗的勻速轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的時候用于安裝光電門。 如果采用目測方式測得轉(zhuǎn)速，則不用該配件。
15:參考指針，在通過目測方式測定轉(zhuǎn)速的時候作為參考，確定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn) 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(guān)，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(zhuǎn)動臂不影響畫筆的運動，而且畫筆的十字結(jié)構(gòu)無法穿過活動槽保證畫 筆無法脫離轉(zhuǎn)動臂從而保證實驗小車無法脫離轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)，將電源線接在接線柱上，將調(diào)速旋鈕調(diào)至最低轉(zhuǎn)速處。2. 開始實驗
2.1打開電源開關(guān)，緩慢調(diào)節(jié)調(diào)速旋鈕并觀察轉(zhuǎn)動臂轉(zhuǎn)動情況，當達到一定 轉(zhuǎn)速后就停止調(diào)節(jié)調(diào)速旋鈕，不要讓轉(zhuǎn)動臂轉(zhuǎn)動的太快避免實驗出現(xiàn)危 險。
2.2待到轉(zhuǎn)動臂轉(zhuǎn)動穩(wěn)定之后開始測定轉(zhuǎn)動臂轉(zhuǎn)速《。設(shè)計提供兩種測定轉(zhuǎn) 速的方式a:借助秒表通過目測轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速。
2. 3轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guān)閉電源開關(guān)，轉(zhuǎn)動臂靜止之后從刻度尺上讀取實驗小車的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速重復(fù)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(guān)的規(guī)律。
3. 實驗注意事項
3. 1實驗開始之前應(yīng)該要將實驗儀器底座調(diào)至水平。
3. 2從測定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速。
3. 3測定轉(zhuǎn)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(quán)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(zhuǎn)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(quán)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(quán)利要求1所述的新型向心力探究儀器，其特征在于轉(zhuǎn)動臂上有零刻 度與轉(zhuǎn)軸對齊的刻度。
4. 根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)動半 徑的畫筆采用十字構(gòu)造。
5. 根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)動半 徑的刻度尺靜止，而且其豎直高度可調(diào)。
6. 根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)速測定方式。
7. 根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)動臂的轉(zhuǎn)速。
專利摘要新型向心力探究儀器是一種中學(xué)物理教學(xué)實驗儀器，主要用于探究向心力以及與向心力相關(guān)因素之間的具體關(guān)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(guān)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(dǎo)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(zhuǎn)動臂轉(zhuǎn)動導(dǎo)致實驗過程中讀取轉(zhuǎn)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(zhuǎn)而導(dǎo)致測力和測量實際轉(zhuǎn)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(jié)合使刻度尺靜止，方便讀取實際轉(zhuǎn)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(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者何金營 申請人:何金營