CN214847343U - 一种圆周运动规律定量探究装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆周运动规律定量探究装置，涉及教育器械技术领域。该圆周运动规律定量探究装置，包括箱体，箱体的顶端固定连接有玻璃板，箱体的上内壁固定连接有减速电机，且减速电机的输出轴延伸至玻璃板的内部并固定连接有转盘。该圆周运动规律定量探究装置，利用光电门传感器可以精确采集数据，间接测量角速率与线速度，通过实验手段定量探究线速度与角速率、半径的关系，利用减速电机做为驱动，控制角速度一定，精确采集向心力、角速度、半径及质量，定量探究向心力大小的影响因素，利用DIS加速度传感器，采集不同角速率、不同半径下的向心加速度值，通过实验手段定量探究向心加速度与角速度、半径的关系。

Description

一种圆周运动规律定量探究装置

技术领域

本实用新型涉及教育器械技术领域，具体为一种圆周运动规律定量探究装置。

背景技术

长期以来我国高中物理在研究向心力大小的影响因素的内容，一直沿用传统的向心力演示仪，旋转臂转动时，旋转臂上的钢球产生离心现象，沿半径方向移动，改变了半径值及动力臂值，测出来的向心力有偏差，演示仪是手摇转动，转速不稳定，结构不直观，安全性较差，转动时钢球经常飞出去，比较危险，只能目测向心力的大小，误差很大，而利用圆锥摆粗略验证向心力的影响因素，操作过程很难能够使小球沿纸上的某个圆做圆周运动，摆球大多做的椭圆运动，摆球在做圆周运动时，摆球与纸面存在一定的距离，较难确定摆球沿哪个圆做圆周运动，导致测量出来的半径误差大，做锥摆中的摆球球心距离固定点的长度很难确定，高度测量的数据误差也很大。

实用新型内容

本实用新型提供了一种圆周运动规律定量探究装置，由带有控制减速电机转速电路的箱体及转盘组成，转盘上带刻度及固定支架，可固定微力传感器、光电门传感器、挡光杆及加速度传感器等，装置配有砝码套，利用转盘上的刻度可以快速准确测量砝码中心所处的半径。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种圆周运动规律定量探究装置，包括箱体，所述箱体的顶端固定连接有玻璃板，所述箱体的上内壁固定连接有减速电机，且减速电机的输出轴延伸至玻璃板的内部并固定连接有转盘，所述转盘的顶端固定连接有微力传感器，所述转盘的顶端靠近右侧固定连接有两个三角支架，且两个三角支架之间固定安装有横杆，所述横杆的一端与微力传感器固定连接，且横杆的表面滑动套设有砝码，所述砝码的左右两侧表面固定连接有砝码套，所述转盘的顶端靠近左侧固定连接有挡光杆和加速度传感器，且挡光杆位于加速度传感器的左侧。

进一步的，所述玻璃板的顶部表面开设有滑槽，且滑槽的内部滑动连接有光电门传感器。

进一步的，所述箱体的上内壁固定连接有变压器，所述箱体的右内壁固定安装有调速器。

进一步的，所述调速器通过导线设置有调速旋钮、开关按钮和电压表，所述调速器通过导线分别与减速电机和变压器电性连接。

进一步的，所述转盘的顶部表面刻设有十字刻度，且转盘的顶部均匀开设有多个限位槽。

进一步的，所述砝码的顶部中心位置开设有中心孔，且砝码的左侧外表面开设有侧锁螺孔。

进一步的，所述砝码套由定位杆、齿轮、挡板与底座构成，所述底座的前表面滑动连接有两个挡板，所述底座的前表面固定连接有两个定位杆，且底座的前表面转动连接有齿轮，两个所述挡板的内壁均与齿轮啮合连接，且两个挡板的内部分别与两个定位杆滑动连接。

本实用新型提供了一种圆周运动规律定量探究装置。具备以下有益效果：

(一)、该圆周运动规律定量探究装置，利用光电门传感器可以精确采集数据，间接测量角速率ω与线速度v，通过实验手段定量探究线速度v与角速率ω、半径r的关系，并且通过数据处理得到结论中的比例系数。

(二)、该圆周运动规律定量探究装置，利用减速电机做为驱动，控制角速度一定，精确采集向心力F、角速度ω、半径r及质量m，定量探究向心力大小的影响因素，并通过数据处理得到向心力公式中的比例系数。

(三)、该圆周运动规律定量探究装置，利用DIS加速度传感器，采集不同角速率ω、不同半径r下的向心加速度值，通过实验手段定量探究向心加速度与角速度ω、半径r的关系，并通过数据处理得到向心加速度探究结论中的比例系数。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型转盘的俯视图；

图3为本实用新型玻璃板的俯视图；

图4为本实用新型砝码套的俯视图。

图中：1、玻璃板；2、挡光杆；3、箱体；4、光电门传感器；5、滑槽；6、加速度传感器；7、转盘；8、微力传感器；9、横杆；10、砝码；11、三角支架；12、砝码套；121、定位杆；122、齿轮；123、挡板；124、底座；13、调速旋钮；14、开关按钮；15、减速电机；16、变压器；17、调速器；18、电压表。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种圆周运动规律定量探究装置，包括箱体3，箱体3的顶端固定连接有玻璃板1，箱体3的上内壁固定连接有减速电机15，且减速电机15的输出轴延伸至玻璃板1的内部并固定连接有转盘7，转盘7的顶端固定连接有微力传感器8，转盘7的顶端靠近右侧固定连接有两个三角支架11，且两个三角支架11之间固定安装有横杆9，横杆9的一端与微力传感器8固定连接，且横杆9的表面滑动套设有砝码10，砝码10的左右两侧表面固定连接有砝码套12，转盘7的顶端靠近左侧固定连接有挡光杆2和加速度传感器6，且挡光杆2位于加速度传感器6的左侧。

本实施方案中：玻璃板1通过箱体3进行固定，减速电机15固定在箱体3上面板的下方，该减速电机15的型号可采用TAKANAWA7，通过减速电机15工作为装置提供驱动，减速电机15工作带动转盘7旋转，转盘7顶部另一侧安装有两个三角支架11，三角支架11的三角形顶角处带凹槽，用来架设穿过砝码10中心的横杆9，从而使得砝码10可受向心力影响在横杆9表面滑动，设计砝码套12可快速准确测量砝码10中心所处的半径值，微力传感器8可用来测量向心力与角速度、半径以及质量的关系，挡光杆2为直径1.2cm的圆柱，利用加速度传感器6，可以采集不同角速率、不同半径下的向心加速度值，通过实验手段定量探究向心加速度与角速度、半径的关系，并通过数据处理得到向心加速度探究结论中的比例系数。

具体的，玻璃板1的顶部表面开设有滑槽5，且滑槽5的内部滑动连接有光电门传感器4。

本实施例中：玻璃板1的上方带5mm宽度的滑槽5，滑槽5可随意改变光电门传感器4的位置，利用光电门传感器4，精确测量周期T，根据ω＝2π/T间接测量角速度值，同时利用光电门传感器4精确测量挡光时间。

具体的，箱体3的上内壁固定连接有变压器16，箱体3的右内壁固定安装有调速器17。

本实施例中：变压器16通过箱体3进行固定，使得电流可以转换成适配各装置的电压进行供电，调速器17由PWM无极调速板设计无级调速电路，可用来控制角速度(线速度)大小。

具体的，调速器17通过导线设置有调速旋钮13、开关按钮14和电压表18，调速器17通过导线分别与减速电机15和变压器16电性连接。

本实施例中：安装数显电压表18，方便对角速度大小进行粗调，调速器17通过导线分别与减速电机15和变压器16电性连接。

具体的，转盘7的顶部表面刻设有十字刻度，且转盘7的顶部均匀开设有多个限位槽。

本实施例中：十字刻度可以快速准确测量砝码10中心所处的半径，限位槽用来固定挡光杆2、加速度传感器6和微力传感器8。

具体的，砝码10的顶部中心位置开设有中心孔，且砝码10的左侧外表面开设有侧锁螺孔。

本实施例中：中心孔方便作为参照点读出砝码10所在位置的刻度，侧锁螺孔使横杆9可以穿过砝码10中心。

具体的，砝码套12由定位杆121、齿轮122、挡板123与底座124构成，底座124的前表面滑动连接有两个挡板123，底座124的前表面固定连接有两个定位杆121，且底座124的前表面转动连接有齿轮122，两个挡板123的内壁均与齿轮122啮合连接，且两个挡板123的内部分别与两个定位杆121滑动连接。

本实施例中：在底座124上移动两侧的挡板123，方便调整两者间距，通过定位杆121对挡板123的位置进行限定，调整时，两个挡板123会带动齿轮122转动，从而使得两个挡板123进行同距移动，适用于不同厚度的砝码10固定，使得砝码10的位置始终处于中间位置，确保数据准确性。

使用时，组装好实验装置，将挡光杆2固定在转盘7上24cm位置处,调节光电门传感器4的位置，使挡光杆2刚好在其U型正中央位置，关闭光电门传感器4自带的开关，再关闭箱体3上的主电路开关按钮14，启动减速电机15，转盘7开始转动，调节调速旋钮13，使转盘7转速较小，待转盘7稳定后，记录线速度v、角速率ω、半径r数据，再调节箱体3上的调速旋钮13，稍增加转盘7的转速，稳定后单击记录线速度v、角速率ω、半径r数据，通过观察电压表18数值，多次调节调速旋钮13改变角速度，采集多组数据，并导出保存。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种圆周运动规律定量探究装置，包括箱体(3)，其特征在于：所述箱体(3)的顶端固定连接有玻璃板(1)，所述箱体(3)的上内壁固定连接有减速电机(15)，且减速电机(15)的输出轴延伸至玻璃板(1)的内部并固定连接有转盘(7)，所述转盘(7)的顶端固定连接有微力传感器(8)，所述转盘(7)的顶端靠近右侧固定连接有两个三角支架(11)，且两个三角支架(11)之间固定安装有横杆(9)，所述横杆(9)的一端与微力传感器(8)固定连接，且横杆(9)的表面滑动套设有砝码(10)，所述砝码(10)的左右两侧表面固定连接有砝码套(12)，所述转盘(7)的顶端靠近左侧固定连接有挡光杆(2)和加速度传感器(6)，且挡光杆(2)位于加速度传感器(6)的左侧。

2.根据权利要求1所述的一种圆周运动规律定量探究装置，其特征在于：所述玻璃板(1)的顶部表面开设有滑槽(5)，且滑槽(5)的内部滑动连接有光电门传感器(4)。

3.根据权利要求2所述的一种圆周运动规律定量探究装置，其特征在于：所述箱体(3)的上内壁固定连接有变压器(16)，所述箱体(3)的右内壁固定安装有调速器(17)。

4.根据权利要求3所述的一种圆周运动规律定量探究装置，其特征在于：所述调速器(17)通过导线设置有调速旋钮(13)、开关按钮(14)和电压表(18)，所述调速器(17)通过导线分别与减速电机(15)和变压器(16)电性连接。

5.根据权利要求4所述的一种圆周运动规律定量探究装置，其特征在于：所述转盘(7)的顶部表面刻设有十字刻度，且转盘(7)的顶部均匀开设有多个限位槽。

6.根据权利要求5所述的一种圆周运动规律定量探究装置，其特征在于：所述砝码(10)的顶部中心位置开设有中心孔，且砝码(10)的左侧外表面开设有侧锁螺孔。

7.根据权利要求6所述的一种圆周运动规律定量探究装置，其特征在于：所述砝码套(12)由定位杆(121)、齿轮(122)、挡板(123)与底座(124)构成，所述底座(124)的前表面滑动连接有两个挡板(123)，所述底座(124)的前表面固定连接有两个定位杆(121)，且底座(124)的前表面转动连接有齿轮(122)，两个所述挡板(123)的内壁均与齿轮(122)啮合连接，且两个挡板(123)的内部分别与两个定位杆(121)滑动连接。

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