[發(fā)明專利]一種新型三維可調(diào)式定量驗證錐體上滾條件實驗儀

在審

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• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107301811A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張銳波
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)城市學(xué)院
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司33101
• 代理人: 張羽振

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及實驗儀，特別涉及一種新型三維可調(diào)式定量驗證錐體上滾條件實驗儀。

背景技術(shù)

錐體上滾實驗儀是大、中學(xué)校用來驗證機械能守恒定律的一種演示性實驗儀器。資料顯示，全國大、中學(xué)校物理實驗室的錐體上軌實驗儀遍布采用底座上固定兩個關(guān)于中心線為對稱的固定軌道，采用一個固定尺寸的雙圓錐體只能做演示性實驗。這種演示僅滿足錐體上滾條件無數(shù)種狀態(tài)的某一種狀態(tài)。該裝置只能通過演示雙圓錐體上軌過程讓學(xué)生觀察，盡管也是通過雙圓錐體重心由高到低變化，從錐體上滾所產(chǎn)生的視角效果來演示重力做功，使之重力勢能轉(zhuǎn)化為動能來驗證機械能守恒定律。但是，基于培養(yǎng)學(xué)生能力角度遠遠無法達到預(yù)期目標，很難從實驗原理和雙錐體上滾運動機理方面從更高、更深層次上理解錐體上滾的本質(zhì)和內(nèi)涵，更無法讓學(xué)生通過動手設(shè)計來完成該實驗。為此，申請者于2012年1月18日申請到專利號為ZL201120221352.1的“三維可調(diào)式錐體上滾設(shè)計性實驗儀”實用新型專利，在雙軌道對稱轉(zhuǎn)動一定角度，采用了球體機械轉(zhuǎn)動形式來改變兩軌道平面傾角，由于這種球體結(jié)構(gòu)制造工藝相對麻煩，造價也相對較高，又于2013年3月20日申請到專利號為ZL201220433596.0的“模塊化全方位可調(diào)式定量驗證錐體上滾條件實驗儀”實用新型專利，但是，由于這種設(shè)計方法又給豎直軸降低高度的準確測量帶來了困難，精度不高，誤差也偏大。基于此，前段時間本人又發(fā)明了“豎直抽拉式三維調(diào)節(jié)定量驗證錐體上滾條件實驗儀”，該儀器的設(shè)計方案是通過測量相關(guān)距離參數(shù)來計算與tanα驗證錐體上滾實驗條件，其缺陷在于測量距離時始末位置難以準確確定，存在一定誤差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理，測量精度高的新型三維可調(diào)式定量驗證錐體上滾條件實驗儀。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。這種新型三維可調(diào)式定量驗證錐體上滾條件實驗儀，包括底座、中心線、支撐腿、軌道末端支撐桿腳移動滑槽、軌道末端右支撐桿腳、軌道末端左支撐桿腳、右軌道、左軌道、左右軌道始端共同轉(zhuǎn)動軸和左右軌道始端轉(zhuǎn)動軸套；在底座左端設(shè)置有支撐腿，在支撐腿上端設(shè)置有左右軌道始端豎直轉(zhuǎn)動軸套，左右軌道始端豎直轉(zhuǎn)動軸套右端與主尺盤架相連，主尺盤架外圍設(shè)置有主尺盤，在左右軌道始端豎直轉(zhuǎn)動軸套內(nèi)套設(shè)左右軌道始端共同轉(zhuǎn)動軸，左右軌道始端共同轉(zhuǎn)動軸可以在左右軌道始端豎直轉(zhuǎn)動軸套內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，在左右軌道始端共同轉(zhuǎn)動軸右端連接游標尺盤，在游標尺盤外圍邊緣相隔180°兩端，分別固定有左游標尺和右游標尺，左游標尺和右游標尺與主尺盤架上的主尺盤的內(nèi)側(cè)在同一個平面內(nèi)相吻合；右軌道的右端設(shè)置有右支撐桿腳，左軌道的左端設(shè)置有左支撐桿腳，右支撐腿腳和左支撐腿腳可分別在底座關(guān)于中心線為對稱沿滑道向右左兩邊對稱滑動，右軌道和左軌道對稱張開，右軌道可圍繞左右軌道始端共同轉(zhuǎn)動軸上的右軌道始端水平轉(zhuǎn)動軸水平轉(zhuǎn)動，左軌道可圍繞左右軌道始端共同轉(zhuǎn)動軸上的左軌道始端水平轉(zhuǎn)動軸水平轉(zhuǎn)動，右軌道始端水平轉(zhuǎn)動軸與左軌道始端水平轉(zhuǎn)動軸關(guān)于左右軌道始端共同轉(zhuǎn)動軸中心為對稱；右支撐腿和左支撐腿分別設(shè)置在軌道末端支撐桿腳移動滑槽中，在軌道末端支撐桿腳移動滑槽的內(nèi)緣設(shè)置有用來度量左軌道與右軌道張開角度的支撐腿滑槽指示角度刻度線。

作為優(yōu)選：所述支撐腿包括始端固定支撐腿，在始端固定支撐腿上端螺套一始端移動支撐桿上下調(diào)節(jié)螺旋，在始端移動支撐桿上下調(diào)節(jié)螺旋上端支撐一始端移動支撐桿轉(zhuǎn)腳，始端移動支撐桿轉(zhuǎn)腳支撐著始端移動支撐桿，在始端移動支撐桿上端設(shè)置有左右軌道始端豎直轉(zhuǎn)動軸套。

作為優(yōu)選：在右支撐腿和左支撐腿的支腿腳處分別設(shè)置有右支撐腿腳固定螺絲和左支撐腿腳固定螺絲，右支撐腿和左支撐腿上端分別設(shè)置有右支撐桿上下調(diào)節(jié)螺旋和左支撐桿上下調(diào)節(jié)螺旋。

作為優(yōu)選：在右軌道末端移動空心支撐桿和左軌道末端移動空心支撐桿上端分別設(shè)置有右軌道方位螺旋和左軌道方位螺旋，在右軌道方位螺旋和左軌道方位螺旋頂端分別設(shè)置有右軌道末端豎直方向移動轉(zhuǎn)動軸和左軌道末端豎直方向移動轉(zhuǎn)動軸，右軌道末端豎直方向移動轉(zhuǎn)動軸和左軌道末端豎直方向移動轉(zhuǎn)動軸可分別沿右軌道末端豎直方向移動轉(zhuǎn)動軸滑槽和左軌道末端豎直方向移動轉(zhuǎn)動軸滑槽滑動轉(zhuǎn)動。

作為優(yōu)選:右軌道始端水平轉(zhuǎn)動軸與左軌道始端水平轉(zhuǎn)動軸間距為2cm。

本發(fā)明的有益效果是：

1、設(shè)計了多個模塊，可由學(xué)生自行組裝、拆卸和便于調(diào)節(jié)，有利于學(xué)生全方位動手、操作，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力；

2、左右軌道末端支撐腿采用了沿圓周軌道移動，直接可以讀取左右軌道之間夾角γ，精度可達15′；