基本信息

第一作者姓名：危震南

性别：男

民族：汉族

第一作者学校：福建省厦门集美中学

第一作者人所在年级：高二

第二作者姓名：

性别：

民族：

第二作者人所在学校：

第二作者人所在年级：

辅导教师姓名：宋永兴

作品摘要

*结构组成：

VB可视化软件、计算机、LPT口、转盘、步进电机及驱动器、丝杆步进电机及电机驱动器、导电环、电阻尺、薄膜电阻压力传感器、小车及导轨、和漫反射激光测速模块、液晶显示屏、L型理线架、底座、电路控制板。

*主要特征：

机械结构：本装置的底座连接倒L型支架、转盘电机，转盘电机连接导电环支架再连接转盘，转盘上设有丝杆电机、丝杆、挡板、电阻尺、压力传感器。倒L型支架设有漫反射激光传感器。

电路结构：计算机lpt口连接控制电路、两路电机驱动器，电机驱动器一路控制转盘电机，另一路通过倒L型支架与导电环电路连接，导电环电路与丝杆电机连接。控制电路分别接到漫反射激光模块、经过滑环与电阻尺和压力传感器连接。

*主要用途：

该实验装置主要用于FG0物理向心力演示的教学，通过可视化软件实时显示向心力的各物理量之间的数据关系和图像，便于学生理解和掌握。

*创新点：

用计算机控制LPT口采集传感器信息，VB对硬件的控制且能够可视化；做到向心力影响因素的全定量研究；步进电机控制电阻尺实现半径动态调整及测量，漫反射激光传感器验证半径；用导电滑环将信号连接计算机并口。

作品说明

*问题提出：

*提出的问题和解决的问题：

传统演示用手摇式向心力演示仪，只能半定量探究，实验的精度不佳。现有定量是手动让向心力演示仪转动，角速度和半径同时减小，无法做半径、质量一定的实验；淘宝上有售能变角速度，但半径调节需停机的演示仪。

研究问题的原因和意义：

现有产品只能半定量研究向心力、只能研究角速度与向心力关系、半径改变需停机调整，不利于了解向心力公式。

解决让学生能够通过实验了解物理量之间数据关系，通过可视化软件展现直观图像，掌握向心力的基本知识

*解决方案：

解决问题的办法：

目前现有设备只能同时测得向心力F和角速度ω值，还无法动态测量半径R值。为实现同时测量F、ω和R,通过计算机LPT口直接控制步进电机控制器来控制转盘的ω；由LPT口控制丝杆电机控制器来调节丝杆步进电机，由与丝杆电机连接的滑动变阻器获取R值；旋转的转盘使小车顶压用薄膜电阻压力传感器，计算机LPT口通过AD转换模块获取压力传感器ADC值，换算F值；采用十二路导电滑环的有线连接来实现传输数据的稳定性和提供足够的功率驱动电机。本装置采用了高精度薄膜压力传感器测量压力；利用反射激光传感器测量圆周运动的转速以及角速度来验证小车的半径。采用用简单易学的VB可视化编程、结合计算机LPT口实现数据和控制一体化的解决方案，实现无延迟采集数据即时控制，编写方便管理、呈现实验数据、绘制物理图像的向心力实验实用软件。

发明研究的重点：

1、解决不停机改变半径的方案；2、稳定转盘能够精确测试出线速度和半径；3、采用可视化软件来显示演示结果；4、用vb可视化编程软件和lpt口，实现实验图像和线路设备的控制。

发明研究的难点：

1、解决转盘上有线传输信号和电机驱动的技术难点；2采用大功率电机使转盘更加平稳；3、使用电阻尺，准确测得半径大小；4、采用一个可视化编程软件达到实验的可视化和对硬件的控制。

发明研究的难点：

1、解决转盘上有线传输信号和电机驱动的技术难点；2采用大功率电机使转盘更加平稳；3、使用电阻尺，准确测得半径大小；4、采用一个可视化编程软件达到实验的可视化和对硬件的控制。

本发明使用方法、附图说明性文字：

1、将计算机与设备连接；2、打开向心力实验演示软件，在软件中启动电机，设置R和m；3、在m和R一定下，预设不同周期：测量ω、v和F、自动描绘F与ω关系，形成F-ω图像，导出数据在Excel数据和拟合图像及二次函数方程；4、在m和ω一定下，设置不同R：测试F、自动描绘F与R关系，形成F-R图像，导出数据在Excel中形成拟合图及线性方程；5、由“3”数据形成V-ω的图像。

*使用或试用效果：

能满足课堂上演示需求，准确做到向心力、半径基本数据准确获取，做到角速度、半径精准调控，图像实时生成。同时探究公式多个物理量的关系，速度最大每秒4转，够学生探究使用。在进行相关实验数据图像平滑，无误差

*优点：

与现有专利技术相比：1、采通过导电滑环的有线连接，数据的实时同步，且为转盘丝杆电机运行提供功率，实现不停机改变半径；2、通过VB可视化软件实现图像可视化和对硬件的控制；3、转盘速度能用电脑精确控制并反馈实时速度；4、通过滑动变阻器电压与接入距离的线性关系测量小车所在半径位置；5、能够通过测量角速度和线速度，生成V-ω图像来验证推导的公式。

*还需进一步研究的问题：

本装置体积太大，下一步将实现装置轻量化和小型化。可通过滑台结构替代丝杆以降低质量。为了解决探究质量不同的向心力实验，将采用多个滑台放置不同质量小球同时实验。下一步将针对设备供电和控制部分进行缩小、集成。

作品图片

查新说明