[发明专利]一种新型向心力验证装置

说明书

技术领域

本发明属于中学物理力学教学与实验仪器技术领域，具体来说涉及一种新型向心力验证装置。

背景技术

高中物理必修2（人民教育出版社，2010年4月第4版）第五章“曲线运动”第6节向心力，有一个演示实验“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”其原文如下：细线下面悬挂一个钢球，细线上端固定在铁架台上。将画着几个同心圆的白纸置于水平桌面上，使钢球静止时正好位于圆心。用手带动钢球，设法使它沿纸上的某个圆周运动。具体是将将细绳连接的小球一端固定在铁架台上，将画有同心圆的白纸平铺在桌面上，调节铁架台的支架，使小球竖直悬挂静止时刚好位于同心圆的圆心。用手带动小球，让小球在细绳的带动下做圆锥摆运动，即小球在水平面上做圆周运动，当运动相对稳定时用秒表测量小球运动n圈所用时间t，利用测量的时间和圈数求出小球做圆周运动的周期T，从而算出圆锥摆的角速度ω，代入公式计算向心力的大小；同时从铁架台的上方竖直向下观察小球的圆周运动与哪个同心圆重合，标记下这个圆，用直尺测量标记圆的半径r；再测量小球距离悬挂点的长度，若是精确测量还要测出小球的直径d，把小球的半径计入摆长。根据由重力与绳子拉力的合力提供向心力的原理，由受力分析计算拉力与重力的合力。利用重复上述实验过程，比较合力与向心力的大小，最后得出实验结论。

这个实验在构思、原理、方法和学生的可参与性方面都很好，但在实际操作过程中其演示实验却存在以下缺点：1、需要测量的数据多，共有小球的质量m，所做圆周运动半径r，运动周期T，圆心到悬点的高度h；2、由于是用手带动小球，很难使小球沿纸上的某个圆周运动，小球在水平面上大多做椭圆运动，因此小球是否做匀速圆周运动，只能进行粗略的判断，其结果不准确；3、半径r和周期T的测量只能估测；4、所使用的物理仪器比较多：有天平，刻度尺，秒表；5、所需要计算的物理量较多，有线速度、夹角的正切、向心力和合力。在实际演示教学过程中，进行具体实验演示时，如果是完全照搬教材中所述的方法，不做任何改变，则有两个地方测量十分粗略，由于圆心的不确定，从而导致半径r的测量不准确，高度h的测量也就不准确。因此不可能在一节课上只用演示实验的时间完成，即使做完但结果十分粗略，可能误差很大。因此教师在教学过程中还需要做出较多的解释，出现学生对实验的可信度不高，达不到验证效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种适合于中学物理教学使用的演示教具，具有结构简单、使用方便，具体地说是一种新型向心力验证装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种新型向心力验证装置，包括有包括底座和支架，所述支架的下端安装在底座上，在所述支架的中上部还设有横梁，在所述横梁上设有通过悬挂细线连接有小钢球，在所述底座上还设有激光水平仪和水平调节台，所述激光水平仪位于水平调节台上，还包括有用于驱动小钢球运动的动力装置。

进一步地，本发明所述向心力验证装置，其中所述动力装置包括有调速电机、调速控制器和电源开关，所述调速电机设置于横梁上，所述调速控制器和电源开关位于底座上，所述调速电机的输出轴垂直向下，所述调速电机的输出轴端部通过悬挂细线与小钢球连接，所述调速电机通过调速控制器与电源开关电连接，通过所述调速电机控制小钢球运动。

进一步地，本发明所述向心力验证装置，其中在所述水平调节台中设有平衡调节螺母，通过所述平衡调节螺母用于调节所述水平调节台的高度。

采用本发明所述的一种新型向心力验证装置，通过设置有用于驱动小钢球运动的动力装置以及激光水平仪，由调速控制器控制调速电机的转动，能保证摆球在水平面上的转动接近标准的圆周运动，采用激光水平仪可以直接判断小球是否做圆周运动，其判断相对准确。本发明所述的向心力验证装置具有结构简单，操作使用方便，演示形象直观，学生参与性强，为中学物理学教学提供了一种新型教具。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中所示：1-底座、2-支架、3-横梁、4-调速电机、5-悬挂细线、6-小钢球、7-激光水平仪、8-水平调节台、9-平衡调节螺母、10-调速控制器、11-电源开关。

具体实施方式

为了更充分的解释本发明的实施，以下结合具体实施例来进一步说明本发明。所举实例只用于解释本发明，而不是限定本发明的范围。