一種角動量守恒演示與定量測定實驗儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及實驗儀，尤其是涉及一種角動量守恒演示與定量測定實驗儀。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，所有實驗室或市面銷售的角動量守恒演示儀，無非三種類型:其一，手推式，即是用手將手握柄拉下時，轉(zhuǎn)動連桿與鋼球距轉(zhuǎn)軸距離最大(狀態(tài)1)，人為讓轉(zhuǎn)動連桿與鋼球快速轉(zhuǎn)動，然后，用手抓住握柄上推，使轉(zhuǎn)動連桿與鋼球距轉(zhuǎn)軸距離減小(狀態(tài)2)，狀態(tài)1較狀態(tài)2轉(zhuǎn)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量大，由于轉(zhuǎn)動系統(tǒng)合外力矩為零，角動量守恒，所以末狀態(tài)(狀態(tài)2)轉(zhuǎn)動系統(tǒng)角速度增大，即轉(zhuǎn)速加快；其二，演示角動量守恒的方法是，一人坐在椅子上兩只手拿上啞鈴，讓椅子轉(zhuǎn)動起來，通過伸縮兩只拿著啞鈴手的臂來演示椅子轉(zhuǎn)動的快慢，即若兩只臂伸展轉(zhuǎn)動變慢，兩只手臂縮回轉(zhuǎn)動加塊；第三:一人站在一能夠自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤上，手舉以能夠自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)輪，然后，轉(zhuǎn)動被舉起的轉(zhuǎn)輪，自由轉(zhuǎn)盤就會產(chǎn)生與轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動方向相反的轉(zhuǎn)動。如上三種均為演示實驗儀，且均為被動演示，目前還沒有既可以演示，又能定量測量來證明角動量守恒的實驗儀器。本發(fā)明就是一種既可以通過演示，又能夠定量測量來證明角動量守恒的實驗儀器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理的角動量守恒演示與定量測定實驗儀。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
[0005]角動量守恒演示與定量測定實驗儀，自上而下依次包括上輪盤、圓形小電機、空心轉(zhuǎn)筒、下輪盤、中心轉(zhuǎn)軸、支撐柱和底座；所述上輪盤、圓形小電機、空心轉(zhuǎn)筒和下輪盤相互連接固定；所述中心轉(zhuǎn)軸、支撐柱和底座相互連接固定；中心轉(zhuǎn)軸和空心轉(zhuǎn)筒相互配合活動連接；所述支撐柱外圍套設(shè)有電機供電內(nèi)圓環(huán)和電機供電外圓環(huán)；所述電機供電外圓環(huán)、電機供電內(nèi)圓環(huán)上方分別通過外圓環(huán)導(dǎo)電刷和內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷接觸滑動導(dǎo)電，外圓環(huán)導(dǎo)電刷和內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷固定在下輪盤上，其終端通過引線緊貼空心轉(zhuǎn)筒外壁向上接入圓形小電機。
[0006]作為優(yōu)選:所述底座上還固定安裝有檢測下輪盤轉(zhuǎn)速的光電門。
[0007]作為優(yōu)選:所述外圓環(huán)導(dǎo)電刷或內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷包括內(nèi)空心柱、外套空心柱和刷頭，所述內(nèi)空心柱和外套空心柱相互配合并設(shè)有彈簧。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
[0009]1、目前國內(nèi)外還沒有“角動量守恒演示與定量測定實驗儀”這樣的實驗儀器；
[0010]2、采用了上輪盤套接于圓形小電機轉(zhuǎn)軸上，圓形小電機帶動上輪盤轉(zhuǎn)動；
[0011]3、空心轉(zhuǎn)筒上下端分別內(nèi)固接在上下輪軸外圈，圓形小電機固接在空心轉(zhuǎn)筒上端，下轉(zhuǎn)盤固接在空心轉(zhuǎn)筒外圈，空心轉(zhuǎn)筒、上下輪軸外圈，下輪盤與圓形小電機(含上輪盤)固接成一整體結(jié)構(gòu)，上下輪軸內(nèi)圈與中心轉(zhuǎn)軸固定；根據(jù)角動量守恒定律，使之，圓形小電機帶動上輪盤沿一個方向轉(zhuǎn)動，空心轉(zhuǎn)筒、下輪盤、上下輪軸外圈與圓形小電機(含上輪盤)整體就會沿著與上輪盤轉(zhuǎn)動相反的方向轉(zhuǎn)動。
[0012]4、在底座上設(shè)置內(nèi)外圓環(huán)供電，內(nèi)外圓環(huán)導(dǎo)電刷隨下輪盤轉(zhuǎn)動，導(dǎo)電刷在內(nèi)外圓環(huán)上接觸滑動傳導(dǎo)電流為電機供電，電控箱可為圓形小電機設(shè)置轉(zhuǎn)速(顯示屏顯示)以及采用光電門獲得下輪盤轉(zhuǎn)速(顯示屏顯示)；
[0013]5、內(nèi)外圓環(huán)導(dǎo)電刷結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是底座示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是轉(zhuǎn)軸與空心轉(zhuǎn)筒連接內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是空心轉(zhuǎn)筒上輪軸及轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)筒截面圖；
[0019]圖6是空心轉(zhuǎn)筒下輪軸及轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)筒截面圖；
[0020]圖7是光電門與內(nèi)外圓環(huán)供電結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖8是外圓環(huán)導(dǎo)電刷或內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷結(jié)構(gòu)透視圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步描述。下述實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
[0023]如圖3所示為本發(fā)明內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。1、底座，1-2、支撐柱，2、光電門，3、下輪盤，
4、空心轉(zhuǎn)筒，5中心轉(zhuǎn)軸，5-1、下輪軸，5-2、上輪軸，6、圓形小電機，7、上輪盤(電機轉(zhuǎn)盤)，
8、電控箱，9、電機供電外圓環(huán)，10、電機供電內(nèi)圓環(huán)，9-1、外圓環(huán)導(dǎo)電刷，10-1、內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷，11、供電接收總電纜，11-1、光電門與內(nèi)外供電圓環(huán)總線，11-2、電機供電線。
[0024]如圖4所示為轉(zhuǎn)軸與空心轉(zhuǎn)筒連接整體結(jié)構(gòu)示意圖。1-2、空心轉(zhuǎn)筒支撐柱，9-1、外圓環(huán)電刷，10-1、內(nèi)圓環(huán)電刷，3、下輪盤，11-2、電機供電線，4、空心轉(zhuǎn)筒，5轉(zhuǎn)軸，5-1、下輪軸，5-2、上輪軸。
[0025]如圖5至圖6所示為空心轉(zhuǎn)筒上下輪軸及轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)筒截面。4、空心轉(zhuǎn)筒，5、中心轉(zhuǎn)軸，5-1、下輪軸，5-11、下輪軸內(nèi)圈，5-12、下輪軸外圈，5-2、上輪軸，5_21、上輪軸內(nèi)圈，
5-22、上輪軸外圈。
[0026]如圖7所示為光電門與內(nèi)外圓環(huán)供電系統(tǒng)。1、底座，2、光電門，3、下輪盤，9、電機供電外圓環(huán)，9-1、電機供電外圓環(huán)導(dǎo)電刷，9-10、電機供電外圓環(huán)支腿，10、電機供電內(nèi)圓環(huán)，10-1、電機供電內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷，10-10、電機供電內(nèi)圓環(huán)支腿，11、總傳輸線，11-0、光電門傳輸線，11-2、電機供電線。
[0027]如圖8所示為內(nèi)外圓環(huán)導(dǎo)電刷。100、導(dǎo)線，110、與下輪盤固定端，120、彈簧，130、內(nèi)空心柱，140、外套空心柱，150、刷頭。
[0028]本實施例的連接結(jié)構(gòu)為:底座1下設(shè)置三個調(diào)平腿，底座上固定安裝光電門2、空心轉(zhuǎn)筒4等轉(zhuǎn)動系統(tǒng)支撐柱1-2與電機6供電內(nèi)外圓環(huán)10-1、9-1支腿10-10、9-10，如圖3和圖7所示；支撐柱1-2與中心轉(zhuǎn)軸5及、下輪軸5-1、上輪軸5-2為一體，如圖2所示；光電門傳輸線11-0通過底座盤面途徑電纜11引至電控箱8，如圖7所示；電機供電外圓環(huán)9固定在兩支腿9-10上、電機供電內(nèi)圓環(huán)10固定在兩支腿10-10上，電機供電內(nèi)外圓環(huán)支腿均采用不導(dǎo)電絕緣膠木材料制成，內(nèi)外圓環(huán)導(dǎo)電線分別從靠右支腿與內(nèi)外環(huán)下部連接，通過引線11-1途徑電纜11引入電控箱8，如圖3所示；電機供電外圓環(huán)9、電機供電內(nèi)圓環(huán)10上方分別通過外圓環(huán)導(dǎo)電刷9-1和內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷10-1接觸滑動導(dǎo)電，刷頭150隨下輪盤3轉(zhuǎn)動，其終端通過引線11-2緊貼空心轉(zhuǎn)筒4外壁向上接入圓形小電機6，如圖3和圖8所示；空心轉(zhuǎn)筒4、上下輪軸5-2、5_1外圈、下輪盤3與圓形小電機6含電機轉(zhuǎn)盤(上輪盤)6-1為一整體，如圖3和圖4所示；所用內(nèi)外圓環(huán)導(dǎo)電刷上端110與下輪盤3固定，導(dǎo)線100上端通過引線11-2接入圓形小電機6，導(dǎo)線100通過內(nèi)空心柱130進入外套空心柱140，導(dǎo)線100始端與刷頭150相連，圓環(huán)導(dǎo)電刷隨下輪盤3轉(zhuǎn)動，刷頭150與電機供電內(nèi)外環(huán)10、9緊密接觸滑動，為了保證能緊密接觸滑動，在固定端110與外套空心柱140終端間安裝有剛性彈簧120，如圖8所示；空心轉(zhuǎn)筒4下端內(nèi)固接下輪軸5-1外圈5-12，外固接下輪盤3，空心轉(zhuǎn)筒4上內(nèi)固接上輪軸5-2外圈5-22，空心轉(zhuǎn)筒4上端固接圓形小電機6，圓形小電機6軸承
6-1上套接上輪盤7，如圖3和圖4所示；空心轉(zhuǎn)筒4、上下輪軸5-2、5-1外圈5_22、5_12、下輪盤3與圓形小電機6含上輪盤7為一整體結(jié)構(gòu)，立于支撐柱1-2之上，套接于中心轉(zhuǎn)軸5的下輪軸5-1和上輪軸5-2之外，中心轉(zhuǎn)軸5外固接于上下輪軸5-2、5-1內(nèi)圈5_21、5_11，如圖3、圖4、圖5和圖6所示；所用光電門會把下輪盤以上整體轉(zhuǎn)動信息傳輸?shù)诫娍叵?，并經(jīng)顯示屏顯示出轉(zhuǎn)速，通過電控箱8按鈕可以設(shè)置圓形小電機6轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速也可通過電控箱8顯示屏8-5顯示出來。
[0029]本實施例操作步驟:
[0030]1、調(diào)平底座，準(zhǔn)備好實驗儀器；
[0031]2、接通電控箱電源，為圓形小電機設(shè)置轉(zhuǎn)速，開啟圓形小電機帶動上輪盤轉(zhuǎn)動；
[0032]3、隨后就可以看到下輪盤、空心轉(zhuǎn)筒、上下輪外圈、與圓形小電機(含上輪盤)整體會沿著與上輪盤轉(zhuǎn)動方向相反的方向轉(zhuǎn)動；下輪盤上的擋光桿通過光電門擋光，并將轉(zhuǎn)動信息傳輸至控制箱，在熒光屏上顯示出下輪盤以上整體的轉(zhuǎn)速；
[0033]4、設(shè)圓形小電機轉(zhuǎn)速叫，則角速度ω1= 2Jini，上輪盤繞中心轉(zhuǎn)動慣量L，圓形小電機圍繞中七、軸轉(zhuǎn)動慣Μ空七、轉(zhuǎn)詢圍繞中七、軸轉(zhuǎn)動慣Μ 1；5，上下輪軸外圈圍繞中七、軸轉(zhuǎn)動慣量14，下輪盤圍繞中心軸轉(zhuǎn)動慣量15，則下輪盤以上整體圍繞中心軸轉(zhuǎn)動慣量為I =Ii+I2+I3+I4+I5，若光電門測得下輪盤以上整體轉(zhuǎn)速為η(可從控制箱顯示屏上讀出)，則角速度ω = 2jt η，分別計算上輪盤角動量IlWl與下輪盤以上整體角動量Ιω ；
[0034]5、由于轉(zhuǎn)動系統(tǒng)合外力矩為零，根據(jù)計算結(jié)果，如果L ω i?I ω，則就是通過該實驗儀定量測量，證明了角動量守恒定律是成立的。
【主權(quán)項】
1.一種角動量守恒演示與定量測定實驗儀，其特征在于:自上而下依次包括上輪盤、圓形小電機、空心轉(zhuǎn)筒、下輪盤、中心轉(zhuǎn)軸、支撐柱和底座；所述上輪盤、圓形小電機、空心轉(zhuǎn)筒和下輪盤相互連接固定；所述中心轉(zhuǎn)軸、支撐柱和底座相互連接固定；中心轉(zhuǎn)軸和空心轉(zhuǎn)筒相互配合活動連接；所述支撐柱外圍套設(shè)有電機供電內(nèi)圓環(huán)和電機供電外圓環(huán)；所述電機供電外圓環(huán)、電機供電內(nèi)圓環(huán)上方分別通過外圓環(huán)導(dǎo)電刷和內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷接觸滑動導(dǎo)電，外圓環(huán)導(dǎo)電刷和內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷固定在下輪盤上，其終端通過引線緊貼空心轉(zhuǎn)筒外壁向上接入圓形小電機。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角動量守恒演示與定量測定實驗儀，其特征在于:所述底座上還固定安裝有檢測下輪盤轉(zhuǎn)速的光電門。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角動量守恒演示與定量測定實驗儀，其特征在于:所述外圓環(huán)導(dǎo)電刷或內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷包括內(nèi)空心柱、外套空心柱和刷頭，所述內(nèi)空心柱和外套空心柱相互配合并設(shè)有彈簧。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種角動量守恒演示與定量測定實驗儀，自上而下依次包括上輪盤、圓形小電機、空心轉(zhuǎn)筒、下輪盤、中心轉(zhuǎn)軸、支撐柱和底座；所述上輪盤、圓形小電機、空心轉(zhuǎn)筒和下輪盤相互連接固定；所述中心轉(zhuǎn)軸、支撐柱和底座相互連接固定；中心轉(zhuǎn)軸和空心轉(zhuǎn)筒相互配合活動連接；所述支撐柱外圍套設(shè)有電機供電內(nèi)圓環(huán)和電機供電外圓環(huán)；所述電機供電外圓環(huán)、電機供電內(nèi)圓環(huán)上方分別通過外圓環(huán)導(dǎo)電刷和內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷接觸滑動導(dǎo)電，外圓環(huán)導(dǎo)電刷和內(nèi)圓環(huán)導(dǎo)電刷固定在下輪盤上，其終端通過引線緊貼空心轉(zhuǎn)筒外壁向上接入圓形小電機。本發(fā)明的有益效果是：導(dǎo)電刷在內(nèi)外圓環(huán)上接觸滑動傳導(dǎo)電流為電機供電，內(nèi)外圓環(huán)導(dǎo)電刷結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計。
【IPC分類】G09B23/10
【公開號】CN105405340
【申請?zhí)枴緾N201510918878
【發(fā)明人】張銳波
【申請人】浙江大學(xué)城市學(xué)院
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月11日