圓周運動綜合實驗平臺的製作方法
2023-06-08 18:51:11 1
圓周運動綜合實驗平臺的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種圓周運動綜合實驗平臺屬於教育或演示用具；特別是用於演示物理學中圓周運動的實驗裝置。該圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：包括箱式底座，安裝在箱式底座內的動力裝置，安裝在箱式底座檯面上的水平面內圓周運動演示裝置、向心力測試裝置，本實用新型的有益效果是本實驗平臺可以完成多項水平面內的典型圓周運動，特別是奇特的力的現象，比如側面附著現象，即側面彈力提供向心力進行驗證。通過控制變量法，較精確的驗證向心力、質量、轉速、半徑的關係。設備形象直觀、結構簡單，為中學物理學教學提供了一種新型教具。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於教育或演示用具；特別是用於演示物理學中圓周運動的實驗裝 置。 圓周運動糹示合頭驗平臺
【背景技術】
[0002] 圓周運動是重要的物理運動，在生產生活中廣泛的接觸應用，但是目前，有關圓周 運動的實驗演示器材，功能簡單、單一，基本上是停留在定性層面上。對一些典型、奇特的力 的現象無法在課堂上展示給學生（比如側面附著現象，即側面彈力提供向心力）只能讓學 生聯繫生活實際，進行空間想像。CN203480737U公開了一種探究向心力演示儀，其結構是 將減速電機固定在軸承內圈中，鐵棍與軸承的內圈固定連接，聯軸器通過扁鐵與軸承的外 圈固定連接，軸承的外圈與斜梁固定連接，所述斜梁相對於軸承對稱放置，斜梁的上方固定 有鐵槽，鐵槽的一端固定有微型電子稱，所述微型電子稱堅直放置，微型電子稱的下方位置 對應放置有可攜式測速儀。僅能演示向心力的大小，CN203134213U公開了一種向心力實驗 裝置，包括底座、託盤、測力計、旋轉輪、旋轉杆以及變速電機，所述底座為矩形框架結構，在 一側頂部水平安裝託盤，另一側安裝測力計，在底座中段內側安裝變速電機；所述託盤為圓 盤形結構，圓心下方安裝旋轉輪，旋轉輪的上部穿過託盤圓心置於頂面上，在旋轉輪上部橫 穿安裝旋轉杆，在旋轉杆一端插套安裝離心球；旋轉輪與變速電機通過皮帶傳導裝置連接； 在旋轉輪的縱向軸心處開設孔洞，穿過孔洞引入一根牽引線；所述牽引線的一端與離心球 連接，另一端與測力計連接。也僅僅能顯示向心力與轉速的關係，CN202013680U公開了一 種多功能向心力測量轉臺，雖然與現有技術相比，採用變頻電源驅動同步電動機的方式來 實現勻速轉動，調速和計速一步到位，無需電磁或光電測速裝置；利用手持電子秤代替彈簧 秤或拉力傳感器，從而免去了 DIS實驗系統；用轉盤代替橫梁，無需配重，使轉動更為穩定。 但是無法演示平面圓周運動的實驗。 實用新型內容
[0003] 為了克服現有的實驗設備功能單一，不適合中學教學使用的不足，本實用新型提 供一種圓周運動綜合實驗平臺，該圓周運動綜合實驗平臺不僅可以定性演示各種圓周運動 現象，而且能夠定量的測量向心力。
[0004] 本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：一種圓周運動綜合實驗平臺， 其特徵是：包括箱式底座，安裝在箱式底座內的動力裝置，安裝在箱式底座檯面上的水平面 內圓周運動演示裝置、向心力測試裝置，
[0005] 所述的動力裝置包括電機和控制電機轉速的調速裝置以及電源開關，電機軸與主 軸使用螺旋軸套連接安裝在箱式底座檯面上的軸承內，
[0006] 所述的水平面內圓周運動演示裝置包括固定在主軸上的圓形透明水槽，該水槽底 部固定著轉速周期盤，槽內放置著可活動的測試塊。
[0007] 所述的向心力測試裝置包括固定在主軸上的上橫向滑軌、下橫向滑軌，圓柱形滑 塊套在上、下橫向滑軌上，上、下橫向滑軌之間的主軸上固定著測力橫杆，測力橫杆與圓柱 形滑塊之間裝有測力彈簧，橫向滑軌下方的箱式底座檯面上安裝有刻度尺和彈簧秤面板。
[0008] 所述的主軸頂部設有凹槽，凹槽內裝有連接著線繩的擺球。
[0009] 所述的水平面內圓周運動演示裝置還包括側面附著現象演示裝置，該裝置由固定 在主軸上的固定架和可在固定架內上下運動的L型金屬託架組成，L型金屬託架的水平部 分前端為U型。
[0010] 所述的向心力測試裝置還包括圓柱形滑塊運動軌跡記錄裝置，該記錄裝置由固定 在主軸上的柱塞泵和連接柱塞泵與圓柱形滑塊底部尖端的透明細軟管組成，軟管末端裝有 注射針頭。
[0011] 所述的調速裝置為電感調速裝置、電子調速裝置或變頻調速裝置。
[0012] 所述的上橫向滑軌在裝有圓柱形滑塊的相反方向上固定著配重物。
[0013] 所述的圓柱形滑塊由滑塊芯和罩在滑塊芯外表的滑塊套組成，滑塊套可以單獨取 下。
[0014] 本實用新型的使用方法是：1.在圓形透明水槽的底部放置不同材質和質量的測 試塊，啟動電機使圓形透明水槽旋轉，可以觀察到不同轉速下離心力的不同，2.提起L型金 屬託架並在託架靠近圓形透明水槽內壁處放置彈性材料製成的測試塊，然後啟動電機使圓 形透明水槽旋轉落下L型金屬託架，可以觀察到當轉速達到一定速度時彈性材料製成的測 試塊由於側面彈力、摩擦力的作用附著在圓形透明水槽內壁不會落下，3.從主軸的凹槽內 取出擺球，啟動電機使主軸旋轉可以觀察到轉速不同，系在擺球上的線繩形成的圓錐軌跡 的頂角不同，4.通過控制變量法，驗證向心力、質量、轉速、半徑的關係實驗時，直接從上方 觀察周期盤，讀出周期。通過調速開關調節好電機的轉速，可在周期盤上讀出〇.4s、0. 5s、 0. 6s、0. 8s、1. Os、1. 2s的不同周期值。柱塞泵內吸入水，當調節好電機的轉速，周期盤上的 周期穩定在某一數值時，快速輕推柱塞泵的活塞，水通過透明細軟管，從固定在圓柱形滑塊 底端安裝在軟管末端的注射針頭噴出，灑在箱式底座臺面的彈簧秤面板和刻度尺上。通過 讀取彈簧秤面板、刻度尺的數值，即可讀出圓柱形滑塊所受的彈簧拉力，及運動半徑。並且 圓柱形滑塊的滑塊芯質量〇. lKg、滑塊套質量0. 05Kg，拆裝滑塊可以很方便的改變研究對 象的質量。
[0015] 本實用新型的有益效果是本實驗平臺可以完成多項水平面能的典型圓周運動，特 別是奇特的力的現象，比如側面附著現象，即側面彈力提供向心力進行驗證。通過控制變量 法，較精確的驗證向心力、質量、轉速、半徑的關係。設備形象直觀、結構簡單，為中學物理學 教學提供了一種新型教具。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是本實用新型的縱剖面構造圖，
[0017] 圖2是圖1的左視圖，
[0018] 圖3是圖1的俯視圖，
[0019] 圖4是本實用新型的電路原理圖。
[0020] 圖中，1.電機，2.調速裝置，3.電源開關，4.電源，5.電機軸，6.箱式底座臺面， 7.軸承，8.下橫向滑軌，9.測力橫杆，10.配重物，11.上橫向滑軌，12.主軸，13.周期盤， 14.圓形透明水槽，15.塑料塊，16. L型金屬託架，17.固定架，18.凹槽，19.柱塞泵，20.透 明細軟管，21.圓柱形滑塊，211.滑塊芯，212.滑塊套，22.測力彈簧，23.刻度尺，24.彈簧 秤面板，25.擺球。
【具體實施方式】
[0021] 本實用新型的【具體實施方式】是，如圖所示：
[0022] 實施例1，一種圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：包括箱式底座，安裝在箱式底 座內的動力裝置，安裝在箱式底座臺面6上的水平面內圓周運動演示裝置、向心力測試裝 置，
[0023] 所述的動力裝置包括電機1和控制電機轉速的電感式調速裝置2以及電源開關3， 電機軸5與主軸12使用螺旋軸套連接安裝在箱式底座檯面上的軸承7內，
[0024] 所述的水平面內圓周運動演示裝置包括固定在主軸上的圓形透明水槽14,該水槽 底部固定著轉速周期盤13,槽內放置著可活動的測試塊。
[0025] 所述的向心力測試裝置包括固定在主軸上的上橫向滑軌11、下橫向滑軌8,圓柱 形滑塊21套在上、下橫向滑軌上，上、下橫向滑軌之間的主軸上固定著測力橫杆9,測力橫 杆與圓柱形滑塊之間裝有測力彈簧22,橫向滑軌下方的箱式底座檯面上安裝有刻度尺23 和彈簧秤面板24。
[0026] 實施例2, 一種圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：包括箱式底座，安裝在箱式底 座內的動力裝置，安裝在箱式底座臺面6上的水平面內圓周運動演示裝置、向心力測試裝 置，
[0027] 所述的動力裝置包括電機1和控制電機轉速的電子式調速裝置2以及電源開關3， 電機軸5與主軸12使用螺旋軸套連接安裝在箱式底座檯面上的軸承7內，
[0028] 所述的水平面內圓周運動演示裝置包括固定在主軸上的圓形透明水槽14,該水槽 底部固定著轉速周期盤13,槽內放置著可活動的測試塊。
[0029] 所述的向心力測試裝置包括固定在主軸上的上橫向滑軌11、下橫向滑軌8,圓柱 形滑塊21套在上、下橫向滑軌上，上、下橫向滑軌之間的主軸上固定著測力橫杆9,測力橫 杆與圓柱形滑塊之間裝有測力彈簧22,橫向滑軌下方的箱式底座檯面上安裝有刻度尺23 和彈簧秤面板24。
[0030] 所述的主軸頂部設有凹槽18,凹槽內裝有連接著線繩的擺球25。
[0031] 所述的水平面內圓周運動演示裝置還包括側面附著現象演示裝置，該裝置由固定 在主軸上的固定架17和可在固定架內上下運動的L型金屬託架16組成，L型金屬託架的 水平部分前端為U型。
[0032] 實施例3, 一種圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：包括箱式底座，安裝在箱式底 座內的動力裝置，安裝在箱式底座臺面6上的水平面內圓周運動演示裝置、向心力測試裝 置，
[0033] 所述的動力裝置包括電機1和控制電機轉速的變頻調速裝置2以及電源開關3,電 機軸5與主軸12使用螺旋軸套連接安裝在箱式底座檯面上的軸承7內，
[0034] 所述的水平面內圓周運動演示裝置包括固定在主軸上的圓形透明水槽14,該水槽 底部固定著轉速周期盤13,槽內放置著可活動的測試塊。
[0035] 所述的向心力測試裝置包括固定在主軸上的上橫向滑軌11、下橫向滑軌8,圓柱 形滑塊21套在上、下橫向滑軌上，上、下橫向滑軌之間的主軸上固定著測力橫杆9,測力橫 杆與圓柱形滑塊之間裝有測力彈簧22,橫向滑軌下方的箱式底座檯面上安裝有刻度尺23 和彈簧秤面板24。
[0036] 所述的主軸頂部設有凹槽18,凹槽內裝有連接著線繩的擺球25。
[0037] 所述的水平面內圓周運動演示裝置還包括側面附著現象演示裝置，該裝置由固定 在主軸上的固定架17和可在固定架內上下運動的L型金屬託架16組成，L型金屬託架的 水平部分前端為U型。
[0038] 所述的向心力測試裝置還包括圓柱形滑塊運動軌跡記錄裝置，該記錄裝置由固定 在主軸上的柱塞泵19和連接柱塞泵與圓柱形滑塊底部尖端的透明細軟管20組成。
[0039] 所述的上橫向滑軌在裝有圓柱形滑塊的相反方向上固定著配重物10。所述的圓柱 形滑塊由滑塊芯211和罩在滑塊芯外表的滑塊套212組成，滑塊套可以單獨取下。
【權利要求】
1. 一種圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：包括箱式底座，安裝在箱式底座內的動力 裝置，安裝在箱式底座檯面上的水平面內圓周運動演示裝置、向心力測試裝置， 所述的動力裝置包括電機和控制電機轉速的調速裝置以及電源開關，電機軸與主軸使 用螺旋軸套連接安裝在箱式底座檯面上的軸承內， 所述的水平面內圓周運動演示裝置包括固定在主軸上的圓形透明水槽，該水槽底部固 定著轉速周期盤，槽內放置著可活動的測試塊， 所述的向心力測試裝置包括固定在主軸上的上橫向滑軌、下橫向滑軌，圓柱形滑塊套 在上、下橫向滑軌上，上、下橫向滑軌之間的主軸上固定著測力橫杆，測力橫杆與圓柱形滑 塊之間裝有測力彈簧，橫向滑軌下方的箱式底座檯面上安裝有刻度尺和彈簧秤面板。
2. 根據權利要求1所述的圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：所述的主軸頂部設有凹 槽，凹槽內裝有連接著線繩的擺球。
3. 根據權利要求1所述的圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：所述的水平面內圓周運 動演示裝置還包括側面附著現象演示裝置，該裝置由固定在主軸上的固定架和可在固定架 內上下運動的L型金屬託架組成，L型金屬託架的水平部分前端為U型。
4. 根據權利要求1所述的圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：所述的向心力測試裝置 還包括圓柱形滑塊運動軌跡記錄裝置，該記錄裝置由固定在主軸上的柱塞泵和連接柱塞泵 與圓柱形滑塊底部尖端的透明細軟管組成，軟管末端裝有注射針頭。
5. 根據權利要求1所述的圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：所述的調速裝置為電感 調速裝置、電子調速裝置或變頻調速裝置。
6. 根據權利要求1所述的圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：所述的上橫向滑軌在裝 有圓柱形滑塊的相反方向上固定著配重物。
7. 根據權利要求1所述的圓周運動綜合實驗平臺，其特徵是：所述的圓柱形滑塊由滑 塊芯和罩在滑塊芯外表的滑塊套組成，滑塊套可以單獨取下。
【文檔編號】G09B23/10GK203895007SQ201420291348
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】李懷強, 張新宇, 李克 申請人:濟南市長清中學