[实用新型]一种定量探究向心力装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种物理实验装置，尤其涉及一种定量探究向心力装置。

背景技术

向心力(centripetalforce)，是使质点(或物体)作曲线运动时所需的指向曲率中心(圆周运动时即为圆心)的力。产生离心现象的原因是向心力不足。物体做圆周运动时，沿半径指向圆心方向的外力(或外力沿半径指向圆心方向的分力)称为向心力，又称法向力。

在物理实验装置中，尤其是力学实验装置中，定量探究向心力一直是中学物理实验的难点。经常要涉及根据向心力公式F=mω²R，测定不同质量、不同半径、不同转速条件下物体作圆周运动时向心力的大小。

不过，现行的向心力实验教学装置只是定性的说明向心力与转速的大致关系，却无法验证向心力公式F=mω²R或者F＝mv²/r，更不用说做探究性实验了。

鉴于以上现有技术中存在的缺陷，有必要将现有装置进一步改进，使其更具备实用性，才能符合实际使用情况。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型的目的是提供一种能将动态下的与向心力F有关的几个物理量质量m、半径R、周期T准确无误地固定下来，留在静态下去进行观察测量，从而能定量探究，，，完成定性演示向心力和定量研究向心力的教学任务的定量探究向心力装置。

本实用新型是采取以下技术方案来实现的：一种定量探究向心力装置，它包括动力部分、向心力产生与测量部分以及周期测量部分；所述动力部分是由设置在底座上的电机以及与电机相连接的自耦调压变压器、控制开关组成；所述向心力产生与测量部分是由通过中间位置固定在电机旋转轴上的贴有长度刻度的木制横梁以及设置在木制横梁平面上的左侧丝杆、右侧丝杆、直角等臂杠杆组成，所述左侧丝杆与右侧丝杆上套设有两个砝码，所述右侧丝杆右侧与设置在所述底座上的支架相连接，所述右侧丝杆左侧连接于所述直角等臂杠杆的一端，所述直角等臂杠杆另一端连接于竖直力拉杆，所述竖直力拉杆通过轴承连接于设置在所述支架上的电子测力计；所述周期测量部分是由连接于所述左侧丝杆左侧的避光片以及与避光片相连接的光电门组成，所述光电门通过导线连接于数字计时器。

具体地，本实用新型的砝码质量为50克或20克；本实用新型的砝码通过中心位置开孔设置螺纹套设在所述左侧丝杠、右侧丝杠上，且可在所述左侧丝杠、右侧丝杠上前后旋进；本实用新型的电子测力计、竖直力拉杆与电机旋转轴三者共轴；本实用新型的左侧丝杠与右侧丝杠以所述直角等臂杠杆为中心对称设置；本实用新型的木制横梁长度为50-70厘米。

综上所述本实用新型具有以下有益效果：本实用新型结构简单，实用性强，演示直观，精确度高，解决了在高中物理教学中圆周运动不能准确量化研究的困难，很好地完成演示向心力和定量研究向心力的教学任务，具有很好的适用性和推广价值。

其中，（一）动力部分

由电机、自耦调压变压器及按钮开关组成。电机采用报废洗衣机脱水电机，其额定功率为60瓦，旁接电容，电机固定在底座上，如图2所示，通过调节自耦调压变压器的输出电压大小，就能连续调节电动机转速。

（二）向心力产生与测量部分

1、木制横梁贴有长度刻度，长度50cm-70cm，中间开孔，固定在电机转轴上；

2、直角等臂杠杆安装在在木制横梁中心偏右位置，工作时竖直力拉杆与电机转轴中心共轴；

3、右侧丝杆一端连接直角等臂杠杆，另一端支在木制横梁平面上，将砝码中心攻上螺纹，穿在丝杆上，砝码可在该丝杠上面前后旋进；

4、左侧丝杆与右侧丝杆对称，以同样方式穿上两只50g或者100g砝码，砝码可在该丝杠上面前后旋进，起到与右侧丝杠平衡的作用；工作时，通过调整左右砝码，使系统能平衡均匀转动；

5、直角等臂杠杆一端连接于竖直力拉杆，竖直力拉杆通过轴承连接于设置在支架上的电子测力计，电子测力计轴与电机轴共轴，通过微调轴承的轴与竖直力拉杆，随横梁系统在旋转时，轴承的拉力是稳定向下的，通过固定电子测力计顺利测出。

（三）周期测量部分

木制横梁左端固定宽5mm、长约5cm的遮光片。旋转时，遮光片能顺利扫过与数字计时器相连的光电门，计时器采用计数功能，每转一周就计数一次，用秒表记下100个周期的时间，换算后就得到旋转周期T。

附图说明

图1为本实用新型横截面结构示意图；

图2为本实用新型电路原理示意图；