[發明專利]多功能剛體轉動及角動量定理教學演示儀

有效

• 申請號: 201410166190.4
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103943005A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 吳義炳;劉銀春;張洪
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及一種多功能剛體轉動及角動量定理教學演示儀，適用于演示多種剛體定點、定軸轉動及角動量定理的相關實驗。

背景技術

剛體的轉動是力學中的重點，同時也是難點，其物理實質難以把握，所以無論是在《理論力學》還是在《大學物理》的教學中要讓學生在短短的幾個學時內掌握或理解其原理都存在很大的困難。如果能把剛體轉動的相關現象與規律能用一種教學儀來演示與再現，對學生的理解將有很大的幫助。目前也有一些剛體轉動方面演示儀，但可演示的實驗項目較少，較單一，很難起到滿意的教學效果。如果要演示多種剛體轉動及角動量定理的實驗則要用到多個教學試驗儀，這樣就給課堂教學帶來很大的難度與不便。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多功能剛體轉動及角動量定理教學演示儀，該教學演示儀可以演示多種剛體定點、定軸轉動及角動量定理的相關實驗，功能豐富，結構簡單，使用效果好。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種多功能剛體轉動及角動量定理教學演示儀，包括底座、支架、安裝座、豎軸、橫軸、擺桿、飛輪、導線器、定滑輪和連接線，所述支架固定于底座上，所述安裝座垂直設置于底座上，所述豎軸豎向設置并與安裝座轉動連接，以繞豎軸中心自由轉動，所述橫軸水平設置于豎軸上端部，所述擺桿一端部與橫軸轉動連接，以繞橫軸中心自由擺動，所述飛輪套設于擺桿上，以繞擺桿中心自由轉動；所述導線器設置于支架上部，所述定滑輪設置于支架上部導線器的旁側，所述連接線系于擺桿另一端部并依次通過導線器、定滑輪牽引至支架外側。

進一步的，所述豎軸、橫軸、擺桿相交于一點。

進一步的，所述豎軸、橫軸、擺桿的交點與導線器在同一豎直位置上。

進一步的，所述飛輪上設有繞繩槽，以繞設用于驅動飛輪旋轉的細繩。

本發明的有益效果是：功能豐富多樣，能夠演示剛體定點轉動、定軸轉動，角動量與角速度方向不同，剛體定點轉動的角動量守恒定律及角動量定理，恒定外力矩時的進動現象，外力矩變化時的進動現象，外力矩自動地連續變化時的進動現象等相關實驗，而且結構簡單，操作方便，具有很強的實用性。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構圖。

圖2是本發明實施例演示重力矩作用下剛體進動現象的示意圖。

圖3是本發明實施例演示外力矩自動地連續變化時的進動現象的示意圖。

圖4是本發明實施例演示角動量與角速度方向不同的示意圖。

圖5是本發明實施例演示剛體定點轉動的角動量守恒定律現象的示意圖。

圖中，1-底座，2-支架，3-安裝座，4-豎軸，5-橫軸，6-擺桿，7-飛輪，8-導線器，9-定滑輪，10-連接線，11-繞繩槽，12-砝碼。

具體實施方式

下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。

本發明多功能剛體轉動及角動量定理教學演示儀，如圖1所示，包括底座1、支架2、安裝座3、豎軸4、橫軸5、擺桿6、飛輪7、導線器8、定滑輪9和連接線10。所述底座1為圓形的鐵板，所述支架2為半框架結構且固定于底座1上，所述安裝座3垂直設置于底座1上，所述豎軸4豎向設置并與安裝座3轉動連接，以繞豎軸中心自由轉動，所述橫軸5水平設置于豎軸4上端部，所述擺桿6一端部與橫軸5轉動連接，以繞橫軸中心自由擺動，所述飛輪7套設于擺桿6上，以繞擺桿中心自由轉動；所述導線器8設置于支架2上部，所述定滑輪9設置于支架2上部導線器8的旁側，所述連接線10系于擺桿6另一端部并依次通過導線器8、定滑輪9牽引至支架2外側。

在本實施例中，所述豎軸4、橫軸5、擺桿6相交于一點。所述豎軸4、橫軸5、擺桿6的交點與導線器8在同一豎直位置上。

在本實施例中，飛輪7套設于擺桿6中部，這樣飛輪7更靠近豎軸4，演示儀相對于豎軸4的轉動慣量就大大減少，因此支架2使用半框架也能保證轉動的穩定性，也可以較大程度地減輕底座1的質量，演示儀更加輕便。此外，由于支架2只使用半框架，操作更方便。

所述飛輪7上設有繞繩槽11，以繞設用于驅動飛輪7旋轉的細繩。只要把細繩在繞繩槽11上多繞幾圈，一手握住擺桿6，另一手用力拉細繩，就很容易使飛輪7高速旋轉。