[实用新型]单摆式向心力演示器

说明书

本实用新型涉及一种物理学用的教学演示装置。圆周运动是高中物理课的一项教学内容，物体在做圆周运动时其向心力公式为(F为向心力，m为物体的质量，v为物体做圆周运动时的线速度，r为物体围绕圆心做圆周运动的半径)。教学中，为了让学生了解向心力F与m、v、r之间的关系，通常采用典型的J2430型向心力演示器进行演示，这种演示器结构复杂，其转盘的转速是凭手感进行控制，向心力又通过横臂等机构传递到测力计上，向心力大小的精确度极差，只能定性地分析各因素之间的关系。

本实用新型的目的旨在提供一种结构简单，可定量分析向心力公式中各种因素之间关系的向心力演示器。

本实用新型包括面板、底座、测力计、摆球和摆绳，面板固定于底座上，测力计固定在面板上方一侧，摆球通过摆绳悬挂在测力计下端的悬挂点上，面板上标有中垂线、侧垂线和不少于二条的水平等高线。

测力计可设调零装置，在摆球静止悬挂时预先将测力计的指针回调至零，当摆球摆动到最低点时，测力计上的最大值就直接反映出向心力F的大小。

另由于摆球在运动时测力计的指针来回偏转，为了方便确定测力计指针的最大值，在测力计上可增设一根记忆指针，它只随测力计指针按顺时针方向偏转，并停留在最大的偏转角度上，需要复位时则需拨动复位旋钮使其复位。

根据机械能守恒定律，当摆球从一定的落差沿着运动轨迹由静止摆下，到最低点时，势能全部转化为动能，它们的关系式为(即v²＝2gh)，此时向心力，摆绳的张力T＝F+mg，摆绳的张力可从测力计读出，摆球的质量m可由测力计测出，摆球的运动半径r可从垂线上量出，摆球的落差h是摆球在运动轨迹上最高点与最低点的高度差值，也可从垂线上量出，当分别改变m、r、h三个变量中某个变量时，测力计上的数值也相应发生改变，如果演示器上测力计的数值与理论计算的数值相吻合时，即可证明向心力F与质量m成正比，与线速度v的平方(或落差h)成正比，与半径r成反比，向心力公式成立。

本实用新型利用单摆的落差间接地求出线速度和向心力，并将实验测试的结果与理论计算结果进行比较，从而直观和定量地分析和验证了向心力公式。具有科学性强、结构简单、成本低、操作方便等特点。

图1为本实用新型的示意图。

图2为带调零装置和记忆指针的测力计示意图。

实施例1：见图1，本实用新型包括面板1、底座2、测力计3、摆球4、摆绳5，面板固定于底座上，测力计固定于面板上方一侧，摆球4通过摆绳悬挂在测力计下端的悬挂点31上，从测力计悬挂点为基点在面板1上标出带高度值的中垂线6和第一条水平等高线7，并按一定的间距依次往下标出8条水平等高线，在水平等高线的另一端标一侧垂线8。

实施例2：见图2，测力计上设一调零装置9，记忆指针11及记忆指针复位旋钮12，测力计指针10在摆球运动时来回偏转，记忆指针11在测力计指针10的带动下只向顺时针方向偏转，其停留位置即测力计所测出的最大值，需要复位时拨动复位旋钮12使其复位。