一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置及演示方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置及演示方法，演示裝置包括背板、實驗裝置和控制裝置；所述實驗裝置安裝在背板上，該實驗裝置包括位于背板前面的吸盤式電磁鐵、鋼球、平衡桿、加碼件和位于背板后面的推拉式電磁鐵；所述平衡桿對稱設(shè)置有通孔，且平衡桿的中心位置設(shè)置有中心軸，中心軸穿過背板使平衡桿可轉(zhuǎn)動地安裝在背板上；所述加碼件對稱的放置在平衡桿通孔中，可改變整個平衡桿的重量，所述吸盤式電磁鐵安裝在平衡桿水平時的一端的上方；所述推拉式電磁鐵設(shè)置在中心軸的下方，推拉式電磁鐵的頂桿頂住穿過背板的中心軸。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，現(xiàn)象直觀，能清晰展示剛體轉(zhuǎn)動慣量的影響因素。
【專利說明】
一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置及演示方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種物理教學實驗儀器，特別是涉及一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置及演示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]物理學是研究物質(zhì)運動一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學科。物理實驗能夠清晰地展示物理現(xiàn)象和規(guī)律，從而達到良好的教學效果。大學物理中的剛體轉(zhuǎn)動慣量部分公式復雜、概念抽象，學生不易理解。因此，直觀有效的剛體轉(zhuǎn)動慣量演示實驗是最好的教學方式。
[0003]目前，在大學物理教學中，為了能夠直觀地演示影響剛體轉(zhuǎn)動慣量的影響因素，人們也設(shè)計出了許多方案。如專利公告號CN202177996U公開了一種便攜式剛體轉(zhuǎn)動慣量教學顯示儀，包括一個附有吸盤的套筒式可伸縮鋼管、放置被測物體的平臺、兩個螺旋軌道和四個同質(zhì)量的被測物體。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、易于攜帶和操作方便。但是不方便控制變量。如專利公告號CN203786971U公開的剛體轉(zhuǎn)動慣量影響因數(shù)演示儀，包括三個完全相同的有機玻璃盤、砝碼安置槽、支撐軸和圓盤。其優(yōu)點是方便控制變量。但是只能在水平面上演示，不便于講臺下的學生觀看。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置及演示方法，其使用方便，演示形象直觀，能清晰展示剛體轉(zhuǎn)動慣量的影響因素。
[0005]一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，包括背板、實驗裝置和控制裝置;所述實驗裝置安裝在背板上，該實驗裝置包括位于背板前面的吸盤式電磁鐵、鋼球、平衡桿、加碼件和位于背板后面的推拉式電磁鐵;所述平衡桿對稱設(shè)置有通孔，且平衡桿的中心位置設(shè)置有中心軸，中心軸穿過背板使平衡桿可轉(zhuǎn)動地安裝在背板上;所述加碼件對稱地放置在平衡桿通孔中，可改變整個平衡桿的重量，所述吸盤式電磁鐵安裝在平衡桿水平時的一端的上方;所述推拉式電磁鐵設(shè)置在中心軸的下方，推拉式電磁鐵的頂桿頂住穿過背板的中心軸;所述控制裝置包括電源，電源分別與吸盤式電磁鐵和推拉式電磁鐵電連接。
[0006]優(yōu)選地，所述實驗裝置的數(shù)量為兩個或三個，并且各個實驗裝置呈同一水平線布置在背板上;各個吸盤式電磁鐵的同一位置設(shè)置有定位點，定位點用于指定鋼球的吸附位置，且各個定位點到平衡桿的中心軸的水平距離相等;各個吸盤式電磁鐵設(shè)置在同一電路中與電源電連接，各個推拉式電磁鐵設(shè)置在同一電路中與電源電連接。
[0007]優(yōu)選地，所述控制裝置還包括單刀雙擲開關(guān)，所述單刀雙擲開關(guān)布置在吸盤式電磁鐵電路、推拉式電磁鐵電路和電源之間，單刀雙擲開關(guān)用于單獨接通吸盤式電磁鐵電路或推拉式電磁鐵電路。
[0008]優(yōu)選地，所述平衡桿上對稱布置的通孔數(shù)量為4-6組。
[0009]優(yōu)選地，所述背板采用亞力克板。
[0010]優(yōu)選地，所述電源的電壓為5V。[0011 ]優(yōu)選地，所述加碼件為同一規(guī)格的螺釘和螺帽。
[0012]優(yōu)選地，所述平衡桿采用塑料材質(zhì)或木質(zhì)材質(zhì)。
[0013]優(yōu)選地，所述中心軸上與頂桿的接觸部位為平面。
[0014]上述剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置的演示方法是:將單刀雙擲開關(guān)撥到推拉式電磁鐵的電路，使推拉式電磁鐵的頂桿收縮，將各個平衡桿調(diào)至水平位置;斷開推拉式電磁鐵的電路，推拉式電磁鐵的頂桿伸出，頂住平衡桿的中心軸，保持平衡桿的水平位置;單刀雙擲開關(guān)撥到吸盤式電磁鐵的電路，把鋼球分別布置在各個吸盤式電磁鐵上的定位點；將兩套螺釘螺帽對稱布置在各個平衡桿上不同位置的通孔中，或?qū)⒉煌紨?shù)套螺釘螺帽對稱布置在各個平衡桿上的通孔中；單刀雙擲開關(guān)撥到推拉式電磁鐵的電路，頂桿收縮，各個平衡桿處于可轉(zhuǎn)動狀態(tài)，同時吸盤式電磁鐵斷電，磁性消失，各個鋼球同時落下，給各個平衡桿一個相同的轉(zhuǎn)動力矩，從而可以清晰的觀察到剛體轉(zhuǎn)動慣量的影響因素。
[0015]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0016]所述平衡桿上對稱設(shè)置有通孔，螺釘螺帽可對稱布置在平衡桿的通孔中，若將兩套螺釘螺帽對稱布置在各個平衡桿上不同位置的通孔中，則各個平衡桿的質(zhì)量相同，但質(zhì)心分布不一樣;若將不同偶數(shù)套螺釘螺帽對稱布置在各個平衡桿上的通孔中，則平衡桿的質(zhì)量不同；通過演示便于學者清晰地觀察剛體轉(zhuǎn)動慣量的影響因素。電源、吸盤式電磁鐵和推拉式電磁鐵通過單刀雙擲開關(guān)連接，使得整個電路連接結(jié)構(gòu)更為簡潔，不需要反復的接通或斷開吸盤式電磁鐵電路或推拉式電磁鐵電路；電源的電壓為5V，提高了剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置的安全性。而且，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，演示形象直觀，能清晰展示剛體轉(zhuǎn)動慣量的影響因素。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明實施例提供的一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1的右視圖；
[0019]圖3為本發(fā)明實施例提供的一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置的電路原理圖。
[0020]附圖中，1-背板;2-實驗裝置，21-吸盤式電磁鐵，22-鋼球，23-平衡桿，24-通孔，25-中心軸，26-加碼件，27-推拉式電磁鐵，28-頂桿;3-控制裝置，31-電源，32-單刀雙擲開關(guān)
【具體實施方式】
[0021]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本專利的保護范圍。
[0022]如圖1、圖2和圖3，一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置包括背板1、實驗裝置2和控制裝置
3。實驗裝置2安裝在背板I上，背板I采用亞力克板，實驗裝置2包括位于背板I前面的吸盤式電磁鐵21、鋼球22、平衡桿23、加碼件26和位于背板I后面的推拉式電磁鐵27。平衡桿23對稱設(shè)置有通孔24，通孔24的數(shù)量為4-6組，且平衡桿23的中心位置設(shè)置有中心軸25，中心軸25穿過背板I使平衡桿23可轉(zhuǎn)動地安裝在背板I上。本實施例中，平衡桿23采用木質(zhì)材質(zhì)；當然，也可以采用塑料材質(zhì)。吸盤式電磁鐵21安裝在平衡桿23水平時的一端的上方，推拉式電磁鐵27設(shè)置在中心軸25的下方，推拉式電磁鐵27的頂桿28頂住穿過背板I的中心軸25，中心軸25上與頂桿28的接觸部位為平面。實驗裝置2的數(shù)量為三個，并且三個實驗裝置2呈同一水平線布置在背板I上;三個吸盤式電磁鐵21設(shè)置在同一電路，三個推拉式電磁鐵27設(shè)置在另一電路;三個吸盤式電磁鐵21的同一位置設(shè)置有定位點，定位點用于定位鋼球22，且各個定位點到平衡桿23的中心軸的水平距離相等，可保證三個演示實驗的初始條件相同。本實施例中，加碼件26為同一規(guī)格的螺釘和螺帽，對稱的放置在平衡桿23的通孔24中，可改變整個平衡桿23的質(zhì)量和質(zhì)心分布。
[0023]控制裝置3包括電源31和單刀雙擲開關(guān)32，電源31分別與吸盤式電磁鐵21和推拉式電磁鐵27電連接，且單刀雙擲開關(guān)32布置在吸盤式電磁鐵21電路、推拉式電磁鐵27電路和電源31之間，單刀雙擲開關(guān)32可單獨接通吸盤式電磁鐵21電路或推拉式電磁鐵27電路，使得整個結(jié)構(gòu)更為簡潔，不需要反復的接通或斷開吸盤式電磁鐵電路或推拉式電磁鐵電路。電源的電壓為5V，提高了剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置的安全性。
[0024]上述剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置的演示方法是:將單刀雙擲開關(guān)32撥到推拉式電磁鐵27的電路，使推拉式電磁鐵27的頂桿28收縮，將三個平衡桿23調(diào)至水平位置;斷開推拉式電磁鐵27的電路，推拉式電磁鐵27的頂桿28伸出，頂住平衡桿23的中心軸25，保持平衡桿23的水平位置;單刀雙擲開關(guān)32撥到吸盤式電磁鐵21的電路，把三個鋼球22分別布置在三個吸盤式電磁鐵21上的定位點；將兩套螺釘螺帽對稱布置在三個平衡桿23上不同位置的通孔24中，或?qū)⒉煌紨?shù)套螺釘螺帽對稱布置在三個平衡桿23上的通孔24中；單刀雙擲開關(guān)32撥到推拉式電磁鐵27的電路，頂桿28收縮，三個平衡桿23處于可轉(zhuǎn)動狀態(tài)，同時吸盤式電磁鐵21斷電，磁性消失，三個鋼球22同時落下，給三個平衡桿23—個相同的轉(zhuǎn)動力矩，從而可以清晰的觀察到剛體轉(zhuǎn)動慣量的影響因素。
[0025]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書的范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，其特征在于:包括背板、實驗裝置和控制裝置;所述實驗裝置安裝在背板上，該實驗裝置包括位于背板前面的吸盤式電磁鐵、鋼球、平衡桿、加碼件和位于背板后面的推拉式電磁鐵;所述平衡桿對稱設(shè)置有通孔，且平衡桿的中心位置設(shè)置有中心軸，中心軸穿過背板使平衡桿可轉(zhuǎn)動地安裝在背板上;所述加碼件對稱地放置在平衡桿通孔中，可改變整個平衡桿的重量，所述吸盤式電磁鐵安裝在平衡桿水平時的一端的上方;所述推拉式電磁鐵設(shè)置在中心軸的下方，推拉式電磁鐵的頂桿頂住穿過背板的中心軸;所述控制裝置包括電源，電源分別與吸盤式電磁鐵和推拉式電磁鐵電連接。2.如權(quán)利要求1所述的剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，其特征在于:所述實驗裝置的數(shù)量為兩個或三個，并且各個實驗裝置呈同一水平線布置在背板上;各個吸盤式電磁鐵的同一位置設(shè)置有定位點，定位點用于指定鋼球的吸附位置，且各個定位點到平衡桿的中心軸的水平距離相等;各個吸盤式電磁鐵設(shè)置在同一電路中與電源電連接，各個推拉式電磁鐵設(shè)置在同一電路中與電源電連接。3.如權(quán)利要求1或2所述的剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，其特征在于:所述控制裝置還包括單刀雙擲開關(guān)，所述單刀雙擲開關(guān)布置在吸盤式電磁鐵電路、推拉式電磁鐵電路和電源之間，單刀雙擲開關(guān)用于單獨接通吸盤式電磁鐵電路或推拉式電磁鐵電路。4.如權(quán)利要求1所述的剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，其特征在于:所述平衡桿上對稱布置的通孔數(shù)量為4-6組。5.如權(quán)利要求1所述的剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，其特征在于:所述背板采用亞力克板。6.如權(quán)利要求1或2所述的剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，其特征在于:所述電源的電壓為5V。7.如權(quán)利要求1或2所述的剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，其特征在于:所述加碼件為同一規(guī)格的螺釘和螺帽。8.如權(quán)利要求1所述的剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，其特征在于:所述平衡桿采用塑料材質(zhì)或木質(zhì)材質(zhì)。9.如權(quán)利要求1所述的剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置，其特征在于:所述中心軸上與頂桿的接觸部位為平面。10.—種用于權(quán)利要求3所述剛體轉(zhuǎn)動慣量演示裝置的演示方法，其特征在于:單刀雙擲開關(guān)撥到推拉式電磁鐵的電路，使推拉式電磁鐵的頂桿收縮而與中心軸脫離，將各個平衡桿調(diào)至水平位置;斷開推拉式電磁鐵的電路，推拉式電磁鐵的頂桿伸出，頂住平衡桿的中心軸，保持平衡桿的水平位置;單刀雙擲開關(guān)撥到吸盤式電磁鐵的電路，把鋼球分別吸附在各個吸盤式電磁鐵上的定位點;將兩套螺釘螺帽對稱布置在各個平衡桿上不同位置的通孔中，或?qū)⒉煌紨?shù)套螺釘螺帽對稱布置在各個平衡桿上的通孔中；單刀雙擲開關(guān)撥到推拉式電磁鐵的電路，頂桿收縮，各個平衡桿處于可轉(zhuǎn)動狀態(tài)，同時吸盤式電磁鐵斷電，磁性消失，各個鋼球同時落下，給各個平衡桿一個相同的轉(zhuǎn)動力矩，從而可以清晰的觀察到剛體轉(zhuǎn)動慣量的影響因素。
【文檔編號】G09B23/10GK106097842SQ201610670177
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610670177.1, CN 106097842 A, CN 106097842A, CN 201610670177, CN-A-106097842, CN106097842 A, CN106097842A, CN201610670177, CN201610670177.1
【發(fā)明人】楊達莉, 楊祥
【申請人】桂林理工大學博文管理學院