本發明涉及向心力演示儀，具體為新型向心力演示儀。

背景技術：

1、向心力作為經典力學的核心概念，其教學演示裝置在物理教育領域具有不可替代的作用，傳統向心力演示儀主要基于牛頓旋轉定律設計，廣泛應用于中學物理課堂及高校基礎實驗室，這類裝置通常通過手動驅動旋轉臂產生離心力，利用彈簧形變程度或重物擺角大小定性展示向心力與轉速、質量、半徑的關系，據《物理實驗教學設備市場分析報告（2024）》顯示，全球基礎教育階段在用的向心力演示儀中，78%仍采用機械傳動結構，其設計理念停留在20世紀80年代水平，已難以滿足現代探究式教學需求。

2、現有技術中的傳統裝置包含三部分核心結構：手動驅動系統：通過搖柄帶動蝸輪蝸桿減速器，將旋轉運動傳遞至水平轉盤；離心力感知機構：質量塊通過連桿與彈簧連接，離心力使彈簧產生線性形變；參數調節模塊：轉盤邊緣設有可滑動的配重塊卡槽，通過增減配重數量改變旋轉質量，工作時，教師需勻速搖動轉盤，學生通過觀察彈簧拉伸長度判斷向心力大小。

3、然后現有技術中的向心力演示儀存在一些缺陷，例如，在某次公開課演示中，教師以60rpm搖動轉盤時，因手臂疲勞導致轉速在55-68rpm波動，彈簧形變曲線出現±12%的振幅偏差，學生觀測到的數據點無法擬合出標準的f-ω2關系曲線，根本原因在于手動驅動方式難以克服人體肌肉震顫，且缺乏轉速閉環控制機制。因此，本發明提供了新型向心力演示儀，以解決現有技術中存在的不足之處。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了新型向心力演示儀，解決了現有技術中向心力演示儀需要手動轉動搖把進行操作，難以保證轉速均勻的問題。

2、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：新型向心力演示儀，包括：底座，所述底座作為整體裝置的基礎構件，用于裝配和承載其他結構件；

3、遙控器，其放置在底座的外側，用來控制整體設備運行；

4、質量改變機構，其位于底座的上方，用來調整質量變化；

5、半徑變化機構，其位于質量改變機構的底部，用來調整質量改變機構的位置；

6、轉動機構，其安裝在底座的外側，用于控制半徑變化機構旋轉角度，所述轉動機構包括減速電機，所述減速電機安裝在底座的外側，所述減速電機的輸出端固定連接有組裝臺一。

7、優選的，所述半徑變化機構安裝在組裝臺一的頂部，所述半徑變化機構包括伺服電機一，所述伺服電機一的輸出端固定連接有絲桿一，所述組裝臺一的頂部固定連接有兩個安裝座，所述絲桿一的外側與兩個安裝座的內部轉動連接。

8、優選的，所述組裝臺一的頂部滑動連接有移動座，所述移動座的內部與絲桿一的外側螺紋連接，所述移動座的外側安裝有光電門，所述組裝臺一的外側固定連接有間隔器，所述間隔器位于光電門的內側，所述移動座的頂部固定連接有組裝臺二。

9、優選的，所述組裝臺一的外部安裝有單片機，所述組裝臺一的外側安裝有角速度控制器，所述角速度控制器與減速電機電性連接。

10、優選的，所述質量改變機構包括測試座和載重塊，所述測試座和載重塊均設置在組裝臺二的頂部，所述測試座的頂部固定連接有限位座，所述限位座的頂部安裝有伺服電機二。

11、優選的，所述伺服電機二的輸出端固定連接有絲桿二，所述絲桿二的外側螺紋連接有移動板，所述移動板的外側與限位座的頂部滑動連接，所述移動板的一端固定連接有推片。

12、優選的，所述測試座的頂部固定連接有兩個安裝板，兩個所述安裝板的內部滑動連接有多個滑桿，所述推片的外側與多個滑桿的外側滑動連接。

13、優選的，所述載重塊的內部設置有多個連接頭，所述連接頭的一端與滑桿的一端相連接，所述組裝臺二的外側固定連接有固定板，所述固定板的外側安裝有力傳感器，所述力傳感器的外側與載重塊的外側相連接。

14、本發明提供了新型向心力演示儀。具備以下有益效果：

15、本發明通過采用減速電機結合角速度控制器實現無級變速，集成力傳感器、光電門等精密器件，聯合phyphox軟件實時生成多種關系曲線，支持定量分析；通過霍爾傳感器同步顯示角速度原始值與平方值，并結合動態曲線對比，清晰展現兩者對向心力的差異化影響；而且支持的多組角速度對比實驗，還能通過遙控器操作和數據實時反饋，學生可獨立完成參數調節與數據分析，實驗數據支持csv導出，顯著提升教學互動性與探究深度。

技術特征：

1.新型向心力演示儀，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的新型向心力演示儀，其特征在于，所述半徑變化機構安裝在組裝臺一（3）的頂部，所述半徑變化機構包括伺服電機一（6），所述伺服電機一（6）的輸出端固定連接有絲桿一（8），所述組裝臺一（3）的頂部固定連接有兩個安裝座（7），所述絲桿一（8）的外側與兩個安裝座（7）的內部轉動連接。

3.根據權利要求2所述的新型向心力演示儀，其特征在于，所述組裝臺一（3）的頂部滑動連接有移動座（9），所述移動座（9）的內部與絲桿一（8）的外側螺紋連接，所述移動座（9）的外側安裝有光電門（12），所述組裝臺一（3）的外側固定連接有間隔器（11），所述間隔器（11）位于光電門（12）的內側，所述移動座（9）的頂部固定連接有組裝臺二（10）。

4.根據權利要求1所述的新型向心力演示儀，其特征在于，所述組裝臺一（3）的外部安裝有單片機（4），所述組裝臺一（3）的外側安裝有角速度控制器（5），所述角速度控制器（5）與減速電機（2）電性連接。

5.根據權利要求1所述的新型向心力演示儀，其特征在于，所述質量改變機構包括測試座（13）和載重塊（21），所述測試座（13）和載重塊（21）均設置在組裝臺二（10）的頂部，所述測試座（13）的頂部固定連接有限位座（14），所述限位座（14）的頂部安裝有伺服電機二（15）。

6.根據權利要求5所述的新型向心力演示儀，其特征在于，所述伺服電機二（15）的輸出端固定連接有絲桿二（16），所述絲桿二（16）的外側螺紋連接有移動板（17），所述移動板（17）的外側與限位座（14）的頂部滑動連接，所述移動板（17）的一端固定連接有推片（18）。

7.根據權利要求6所述的新型向心力演示儀，其特征在于，所述測試座（13）的頂部固定連接有兩個安裝板（19），兩個所述安裝板（19）的內部滑動連接有多個滑桿（20），所述推片（18）的外側與多個滑桿（20）的外側滑動連接。

8.根據權利要求7所述的新型向心力演示儀，其特征在于，所述載重塊（21）的內部設置有多個連接頭（22），所述連接頭（22）的一端與滑桿（20）的一端相連接，所述組裝臺二（10）的外側固定連接有固定板（23），所述固定板（23）的外側安裝有力傳感器（24），所述力傳感器（24）的外側與載重塊（21）的外側相連接。

技術總結
本發明涉及向心力演示儀領域，公開了新型向心力演示儀，包括：底座，所述底座作為整體裝置的基礎構件，用于裝配和承載其他結構件；遙控器，其放置在底座的外側，用來控制整體設備運行；質量改變機構，其位于底座的上方，用來調整質量變化；半徑變化機構，其位于質量改變機構的底部，用來調整質量改變機構的位置；轉動機構，其安裝在底座的外側，用于控制半徑變化機構旋轉角度，所述轉動機構包括減速電機。通過采用減速電機結合角速度控制器實現無級變速，集成力傳感器、光電門等精密器件，聯合phyphox軟件實時生成多種關系曲線，支持定量分析；通過霍爾傳感器同步顯示角速度原始值與平方值，并結合動態曲線對比，清晰展現兩者對向心力的差異化影響。

技術研發人員：宋鵬飛,沈季瑋
受保護的技術使用者：宋鵬飛
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24