1.本发明涉及一种中学物理教学与实验仪器，尤其涉及一种数字显示向心力实验仪。
背景技术：
2.向心力是贯穿于高一物理必修二第五章《曲线运动》和第六章《万有引力与航天》的重要知识；目前，在中学课本《验证向心力的表达式》实验教学中，现有的教学仪器是用圆锥摆粗略验证向心力的表达式，所述的方法在实际操作、以及计算中导致的误差较大；另一方面不能保证小球在转动过程中在同一平面内，难以保证是一个圆形，且不便于调整，不便于直接测量整个装置转速、周期、以及小球做圆周运动的半径的大小。
技术实现要素：
3.为了解决上述问题，提高实验的直观性可靠性和准确性，简单而准确地的验证向心力公式，本发明提供一种数显向心力实验仪；该实验仪包括支架、电机调速电源、电机总成、转轴、转动平台、力敏传感器、记时器、导电滑环和显示部件,整个实验仪作为一个整体使用。
4.按照本发明所提供的技术方案，通过导电滑环引出转动的力敏传感器的输出信号，进行信号处理后，可以直接测量并显示向心力大小，通过记时器测量转动周期，从而对向心力进行定量的讨论和分析。本发明解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。
5.该实验仪主要由支架、电机调速电源、电机总成、转轴、转动平台、力敏传感器、记时器、导电滑环转子、导电滑环定子和显示部件等部分组成；其中电机调速电源、电机总成、记时器、导电滑环定子和显示部件等均固定在支架上，转轴套在电机总成上，转轴上设有挡光片、转动平台、力敏传感器和导电滑环的转子，转轴由电机带动，电机转速由电机调速电源控制。
6.所述的支架由右侧板、左侧板、上板、上板和水平调节螺钉构成。
7.所述的电机调速电源固定在支架的右侧板上，与电机总成相连接，所述的电机总成固定在支架的下板上。
8.所述的转动平台固定在转轴上，转动平台的一边设置平衡块、长直螺钉孔和固定螺钉，转动平台的另一边设置长方形小孔，小孔的一侧设有刻度尺，小孔上设置金属球，小孔的宽度为金属球的半径，以保证金属球在做圆周运动时能在长方形小孔上来回运动，并不滚出长方形小孔，并且摩擦力可以忽略。
9.所述的光金属球通过拉线与力敏传感器相连，所述的力敏传感器的电源输入线与信号输出线与导电滑环转子相连，所述的导电滑环定子上与导电滑环转子相对应的电源输入线与信号输出线连接到显示部件上。
10.所述的显示部件上内设有电源、数据处理电路和显示电路。
11.所述的记时器附加挡光片和光电门，挡光片固定在转轴上，与转动平台同步转动，
由记时器测量小球做圆周运动的周期。
12.所述的刻度尺的零点设在转轴的中心，由刻度尺可测量金属球做圆周运动的半径。
13.本发明取得的有益效果是：（1）结构简单，操作方便，可观性好，可直接测量并显示向心力的大小；（2）通过光电门测出圆周运动的周期和转台上的刻度尺读出小球做圆周运动的半径，可以验证向心力的表达式，可改变金属球做圆周运动的半径，通过电机调速器改变圆周运动的周期，从而探究向心力与角速度或半径的关系，有利于学生对向心力相关知识点的学习。
附图说明
14.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，图1是本发明的结构示意图。
具体实施例
15.本发明提供了数字显示向心力实验仪，能快捷直接测量向心力大小和定量分析向心力的大小，从而快速得到实验结果。
16.本发明结构示意图如图1所示，该实验仪由支架(25)、电机调速电源(5)、电机总成(6)、转轴(7)、转动平台(9)、力敏传感器(13)、记时器(21)、导电滑环转子(14)、导电滑环定子(16)和显示部件(17)等部分组成；其中电机调速电源(5)、电机总成(6)、记时器(21)、导电滑环定子(16)和显示部件(17)等均固定在支架（25）上，转轴(7)套在电机总成(6)上，转轴(7)上设有挡光片(23)、转动平台(9)、力敏传感器(13)和导电滑环的转子(14)，转轴(7)由电机带动，电机转速由电机调速电源(5)控制；支架(25)由右侧板(2)、左侧板(3)、上板(4)、下板(1)和水平调节螺钉(24)构成；电机调速电源(5)固定在支架(25)的右侧板上(2)，与电机总成(6)相连接，所述的电机总成(6)固定在支架(25)的下板(1)上；转动平台(9)固定在转轴(7)上，转动平台(9)的一边设置平衡块(19)、长直螺钉孔(18)和固定螺钉(20)，转动平台(9)的另一边设置长方形小孔(10)，长方形小孔(10)的一侧设有刻度尺(8)，长方形小孔(10)上设置金属球(11)，长方形小孔(10)的宽度为金属球(11)的半径，以保证金属球(11)在做圆周运动时能在长方形小孔(10)上来回运动，并不滚出长方形小孔(10)，并且摩擦力可以忽略；金属球(11)通过拉线(12)与力敏传感器(13)相连，所述的力敏传感器(13)的电源输入线与信号输出线与导电滑环转子(14)相连，所述的导电滑环定子(16)上与导电滑环转子(14)相对应的电源输入线与信号输出线连接到显示部件(17)上；显示部件(17)上内设有电源、数据处理电路和显示电路；记时器(21)附加有挡光片(23)和光电门(22)，挡光片(23)固定在转轴(7)上，与转动平台(9)同步转动，由记时器(21)测量金属球(11)做圆周运动的周期；刻度尺(8)的零点设在转轴的中心，由刻度尺(8)可测量金属球(11)做圆周运动的半径。
17.在本实施例中，首先调整水平调节螺钉，使实验仪处于水平状态，用游标尺测出金属球的直径d，用天平测出小球的质量，调整拉绳的长度l并连接小球，开启显示部件电源，拉动金属球，使显示部件有一定的读数，此时测量金属球中心所在位置数，便得到金属球做圆周运动的半径 r, 放开金属球，对显示部件上的读数清零，开启电机调速器，使转动平台缓慢加速转动，转速稳定后，预置计时器测量的周期数，按下计时器的开始键，计时
器开始计时，此时记下显示部件上读数，即测出金金属球做圆周运动的向心力，从计时器上读出计时器自动测量个周期的时间，由此得到金属球做圆周运动的角速度，从而计算向心力的大小，改变金属球做圆周运动的半径r或改变转轴具转速，重复上述测量过程，比较每次的和就能快速地得出实验结论，验证验证向心力的表达式，可分析和讨论向心力的相关知识。
技术特征：
1.一种数字显示向心力实验仪，其特征在于该实验仪由支架、电机调速电源、电机总成、转轴、转动平台、力敏传感器、记时器、导电滑环转子、导电滑环定子和显示部件等部分组成；其中电机调速电源、电机总成、记时器、导电滑环定子和显示部件等均固定在支架上，转轴套在电机总成上，转轴上设有挡光片、转动平台、力敏传感器和导电滑环的转子，转轴由电机带动，电机转速由电机调速电源控制。2.根据权利要求1所述一种数字显示向心力实验仪，其特征在于所述的支架由右侧板、左侧板、上板、上板和水平调节螺钉构成。3.根据权利要求1所述一种数字显示向心力实验仪，其特征在于所述的电机调速电源固定在支架的右侧板上，与电机总成相连接，所述的电机总成固定在支架的下板上。4.根据权利要求1所述一种数字显示向心力实验仪，其特征在于所述的转动平台固定在转轴上，转动平台的一边设置平衡块、长直螺钉孔和固定螺钉，转动平台的另一边设置长方形小孔，小孔的一侧设有刻度尺，小孔上设置金属球，小孔的宽度为金属球的半径，以保证金属球在做圆周运动时能在长方形小孔上来回运动，并不滚出长方形小孔，并且摩擦力可以忽略。5.根据权利要求1所述一种数字显示向心力实验仪，其特征在于所述的光金属球通过拉线与力敏传感器相连，所述的力敏传感器的电源输入线与信号输出线与导电滑环转子相连，所述的导电滑环定子上与导电滑环转子相对应的电源输入线与信号输出线连接到显示部件上，根据权利要求1所述一种数字显示向心力实验仪，其特征在于所述的显示部件上内设有电源、数据处理电路和显示电路。6.根据权利要求1所述一种数字显示向心力实验仪，其特征在于所述的记时器附加挡光片和光电门，挡光片固定在转轴上，与转动平台同步转动，由记时器测量小球做圆周运动的周期。7.根据权利要求1所述一种数字显示向心力实验仪，其特征在于所述的刻度尺的零点设在转轴的中心，由刻度尺可测量金属球做圆周运动的半径。
技术总结
本发明公开了一种数字显示向心力实验仪，包括转轴、力敏传感器、导电滑环，数据处理电路、数字显示电路、平衡块、转动平台、刻度尺、金属球、计时器、电机调速器、电机总成、上固定板、下固定板、左侧板、右侧板等部分；本发明取得的有益效果是：（1）通过导电滑环引出转动的力敏传感器的输出信号，进行信号处理后，可以直接测量并显示向心力的大小,可观性好，操作方便，（2）通过计时器测出圆周运动的周期和转台上的刻度尺测出金属球做圆周运动的半径，可计算向心力大小，从而验证向心力的表达式，改变金属球做圆周运动的半径或圆周运动的周期，可探究向心力大小与哪些因素有关，有利于加深学生对向心力相关知识点的理解。向心力相关知识点的理解。向心力相关知识点的理解。
技术研发人员：舒象喜 朱斌 陈海琦
受保护的技术使用者：怀化学院
技术研发日：2020.06.02
技术公布日：2021/12/6
再多了解一些
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