一种向心力演示装置的制作方法

1.本实用新型涉及的是演示装置技术领域，具体而言，尤其涉及一种向心力演示装置。


背景技术：

2.向心力演示装置是对向心力试验进行演示的装置，在以往课本中的实验都是只能定性的说明做匀速圆周运动的物体，其向心力的大小与物体转动的角速度和线速度之间的关系，其具有以下缺点：一、做圆周运动的物体其轨道半径是无法随意改变的；二、做圆周运动的物体其向心力和角速度的大小只能通过定性的比较向心力的大小，不能准确测量出向心力的大小。因此，鉴于上述方案于实际制作及实施使用上的缺失之处，而加以修正、改良，同时本着求好的精神及理念，并由专业的知识、经验的辅助，以及在多方巧思、试验后，方创设出本设计，故提供一种向心力演示装置，用于解决上述问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的之一在于提供一种向心力演示装置，以便于解决上述问题。
4.本实用新型一种向心力演示装置可以通过下列技术方案来实现：
5.本实用新型一种向心力演示装置包括支撑结构；设置在所述支撑结构上的转动装置；活动设置在所述支撑结构上的转盘，所述转动装置带动所述转盘做匀速圆周运动；一部分固定设置在所述转盘上的力测量装置和光电装置；设置在所述转盘上的小球，其通过连接绳与所述力测量装置连接，所述力测量装置测量所述小球的向心力，所述光电装置测量所述小球转动的角速度。
6.在其中一种实施方式中，本实用新型一种向心力演示装置进一步包括摄像头和显示装置，所述摄像头设置在所述转盘上，其正对着所述小球；所述显示装置设置在所述支撑结构张，所述摄像头与所述显示装置电气连接。
7.在其中一种实施方式中，所述支撑结构包括支撑桌面和固定支架，所述固定支架设置在所述支撑桌面上且横亘在所述转盘的上方。
8.在其中一种实施方式中，所述转动装置包括电机和电机转速控制器，所述电机固定设置在所述支撑桌面的下端，其转动轴与所述转盘连接；所述电机转速控制器设置在所述支撑桌面上且与所述电机电气连接。
9.在其中一种实施方式中，所述转盘与所述支撑桌面之间设置有轴承，所述电机通过所述轴承带动所述转盘做匀速圆周运动。
10.在其中一种实施方式中，所述转盘的上表面为光滑面，其上表面上等距设置有若干刻度。
11.在其中一种实施方式中，所述小球采用的是光滑球体。
12.在其中一种实施方式中，所述力测量装置包括力传感器和力传感器显示屏，所述力传感器固定设置在所述转盘上，其与所述力传感器显示屏电气连接，所述小球与所述力
传感器连接；所述力传感器显示屏固定设置在所述支撑桌面上。
13.在其中一种实施方式中，所述光电装置包括光电门、遮光片和光电计时器，所述光电门设置在所述固定支架和所述转盘之间，其与所述光电计时器电气连接；所述遮光片固定设置在所述转盘上，其跟随所述转盘的转动而转动；所述光电计时器设置在所述支撑桌面上。
14.在其中一种实施方式中，所述显示装置采用的是高清大屏led显示屏。
15.与现有技术相比，本实用新型一种向心力演示装置的有益效果为：
16.本实用新型一种向心力演示装置通过力传感器采集小球做匀速圆周运动的向心力大小，并在力传感器显示屏实时显示，实现了准确测量向心力的大小的功能；通过遮光片的宽度、遮光片到转动圆心的距离以及光电计时器显示遮光片完全通过光电门所需的时间，再通过计算公式计算出角速度的数值；通过测量出小球到转动圆心的距离，再通过计算公式计算出线速度的数值；通过称取小球的质量，再通过计算公式计算出向心力的数值，再跟力测量装置测量出的向心力进行比较，实现了向心力的验证；同时分别通过改变转动装置的转动速度、小球的质量、遮光片的宽度、遮光片到转动圆心的距离、所小球到转动圆心的距离来进行不同的测量，实现了向心力试验的验证和直观化；通过摄像头和显示装置的配合使用，使得能够可视化小球做匀速直线运动的状态，增添了趣味性，有利于提高学生的学习积极性和主动性；本结构同时具有结构简单和实用的特点，具有一定的推广潜力。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1是本实用新型一种向心力演示装置的结构示意图；
19.图2是图1所示本实用新型一种向心力演示装置的正面结构示意图；
20.图3是图1所示本实用新型一种向心力演示装置的部分结构示意图。
21.图中标示：11，支撑结构；111，支撑主体；112，固定支架；12，转动装置；121，电机；1211，轴承；122，电机转速控制器；13，转盘；14，力测量装置；141，力传感器；142，力传感器显示屏；15，光电装置；151，光电门；152，遮光片；153，光电计时器；16，小球；17，摄像头；18，显示装置。
具体实施方式
22.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
23.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都
属于本实用新型保护的范围。
24.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
25.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
26.此外，在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
28.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
29.请参阅图1-图3，本实用新型一种向心力演示装置主要包括支撑结构11、转动装置12、转盘13、力测量装置14、光电装置15、小球16、摄像头17和显示装置18；所述转动装置12设置在所述支撑结构11上，其能够带动所述转盘13做匀速圆周运动且其转动速度能够调节；所述转盘13活动设置在所述支撑结构11上且与所述转动装置12连接，所述转动装置12带动所述转盘13做匀速圆周运动；所述力测量装置14的一部分固定设置在所述转盘13上，其跟随着所述转盘13的转动而转动，所述力测量装置14的作用是测量所述小球16在做匀速圆周运动的向心力大小；所述光电装置15一部分设置在所述转盘13上，一部分固定设置在所述支撑结构11上，设置在所述转盘13上的部分其跟随所述转盘13的转动而转动，所述光电装置15的作用是测量所述小球16转动的角速度；所述小球16设置在所述转盘13上，其通过连接绳与所述力测量装置14连接，所述小球16跟随所述转盘13的转动而转动；所述摄像头17固定设置在所述转盘13上，其正对着所述小球16；所述显示装置18固定设置在所述支撑结构11上且与所述摄像头17电气连接，其显示所述小球16的转动画面。
30.请参阅图1和图2，在本实施例中，所述支撑结构11包括支撑桌面111和固定支架112，所述固定支架112设置在所述支撑桌面111上且横亘在所述转盘13的上方。在本实施例中，所述转动装置12包括电机121和电机转速控制器122，所述电机121固定设置在所述支撑桌面111的下端，其转动轴与所述转盘13连接；所述电机转速控制器122设置在所述支撑桌面111上且与所述电机121电气连接，所述电机转速控制器122能够调节所述电机121的转动速度；所述转盘13与所述支撑桌面111之间设置有轴承1211，所述电机121通过所述轴承
1211带动所述转盘13做匀速圆周运动。
31.请参阅图1和图3，所述转盘13的形状可以为圆形、椭圆形、方形或者其他形状，在本实施例中，所述转盘13的形状为圆形，其上表面为光滑面，有利于减少所述小球16在做匀速圆周运动时的摩擦力，所述转盘13的上表面上等距设置有若干刻度，通过所述刻度可以测量出所述小球16到所述转盘13的转动圆心的距离。在本实施例中，所述力测量装置14包括力传感器141和力传感器显示屏142，所述力传感器141固定设置在所述转盘13上，其与所述力传感器显示屏142电气连接，所述小球16与所述力传感器141连接；所述力传感器显示屏142固定设置在所述支撑桌面111上，其实时显示所述小球16做匀速圆周运动时的向心力大小。在本实施例中，所述转盘13上设置有安装架131，便于所述光电装置15和所述摄像头17的固定安装。
32.请参阅图1-图3，在本实施例中，所述光电装置15包括光电门151、遮光片152和光电计时器153，所述光电门151设置在所述固定支架112和所述转盘13之间，其与所述光电计时器153电气连接，其作用是感应所述遮光片152的通过，从而计算出所述小球16在做匀速圆周运动时的角速度；所述遮光片152固定设置在所述安装架131上，其跟随所述转盘13的转动而转动，所述遮光片152能够通过所述光电门151；所述光电计时器153设置在所述支撑桌面111上，其显示所述遮光片152通过所述光电门151的时间。在本实施例中，所述小球16采用球体，其表面光滑，所述小球16能够跟随所述转盘13做匀速圆周运动。
33.请参阅图1和图2，在本实施例中，所述摄像头17固定设置在所述安装架131上，其实时拍摄所述小球16的运动状态，所述摄像探头17采用的是高清摄像头，便于更好地观察所述小球16的运动。所述显示装置18可以采用led显示屏或者lcd显示屏，在本实施例中，所述显示装置18采用的是高清大屏led显示屏，便于距离较远的学生也能够清楚的观察所述小球16的运动。
34.需要说明的是，本实用新型一种向心力演示装置通过所述力传感器141采集所述小球16的向心力f大小，在所述力传感器显示屏142实时显示所述小球16在做匀速圆周运动的向心力f数据；通过直尺测量所述遮光片152的宽度d、通过所述转盘13上的刻度测量所述遮光片152到所述转盘13转动圆心的距离r以及所述光电计时器153显示所述遮光片152完全通过所述光电门151所需的时间t，通过计算公式角速度ω＝d/tr，从而计算出角速度ω的数值；通过所述转盘13上的刻度测量出所述小球16到所述转盘13转动圆心的距离r，通过计算公式线速度v＝rω＝r d/tr，从而计算出线速度v的数值；通过电子秤称出所述小球16的质量m，通过计算公式向心力f＝mrω2＝mr(d/tr)2，从而计算出向心力f的数值，再跟所述力测量装置14测量出的向心力f进行比较和验证。同时也可以分别通过改变所述转动装置12的转动速度、所述小球16的质量m、所述遮光片152的宽度d、所述遮光片152到所述转盘13转动圆心的距离r、所述小球16到所述转盘13转动圆心的距离r来进行测量和验证。
35.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
36.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于
本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。