本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種演示角動(dòng)量守恒與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的綜合演示儀，其特征在于：包括單片機(jī)，拉繩電機(jī)，變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，單片機(jī)作為所述綜合演示儀的控制中心；還包括支撐軸，支撐軸上設(shè)有隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臂，旋轉(zhuǎn)臂兩側(cè)各套設(shè)一個(gè)重球，重球與沿拉繩連接，并由拉繩電機(jī)帶動(dòng)，拉動(dòng)兩個(gè)重球沿旋轉(zhuǎn)臂同步向內(nèi)/向外移動(dòng)；支撐軸與下方的外轉(zhuǎn)盤的中心連接，外轉(zhuǎn)盤下方具有卡槽，卡槽呈齒輪形狀；卡槽內(nèi)設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)盤，內(nèi)轉(zhuǎn)盤上通過(guò)扭簧與卡板固定連接，卡板與卡槽對(duì)應(yīng)；變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟，內(nèi)轉(zhuǎn)盤由變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧變形，卡板與卡槽嚙合，帶動(dòng)外傳盤轉(zhuǎn)動(dòng)，外傳盤帶動(dòng)支撐軸轉(zhuǎn)動(dòng)；變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)，內(nèi)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速小于外傳盤的轉(zhuǎn)速，扭簧復(fù)位，卡板脫離卡槽。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種，屬于科教器材
技術(shù)介紹
隨著科教產(chǎn)品的更新?lián)Q代和發(fā)展，社會(huì)需要的提高，高校和一些科研廠商也將目光轉(zhuǎn)向科教產(chǎn)品市場(chǎng)。角動(dòng)量守恒定律是自然界最普遍的定律之一，角動(dòng)量守恒和轉(zhuǎn)動(dòng)定理在現(xiàn)實(shí)生活中有著廣泛的應(yīng)用，如在航天事業(yè)中模擬重力的運(yùn)用；轉(zhuǎn)動(dòng)定理和角動(dòng)量守恒定理又是力學(xué)重要的兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，然而，現(xiàn)有角動(dòng)量守恒和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量定理的原理演示教學(xué)裝置都是分開(kāi)來(lái)的。一般驗(yàn)證角動(dòng)量守恒的裝置為一張可繞豎直轉(zhuǎn)軸自由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)椅，顯示方法為 演示者坐在轉(zhuǎn)椅上，手握啞鈴，兩臂平伸。使轉(zhuǎn)椅轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，然后收縮雙臂，可看到人和凳的轉(zhuǎn)速顯著加大。兩臂再度平伸，轉(zhuǎn)速減慢。這是因?yàn)槔@固定轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的物體的角動(dòng)量等于其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與角速度的乘積，而外力矩等于零時(shí)，角動(dòng)量守恒。當(dāng)人收縮雙臂時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，因此角速度增加。一般驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的裝置為兩個(gè)剛性物體分別進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量演示，對(duì)其進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原理，其結(jié)果僅能用肉眼觀察。綜上所述，現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量演示裝置和角動(dòng)量守恒演示裝置是獨(dú)立的兩個(gè)裝置， 分別需要進(jìn)行演示，而且無(wú)數(shù)字顯示，只能肉眼觀察，演示效果不佳。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)需要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量演示裝置和角動(dòng)量守恒演示裝置是獨(dú)立的兩個(gè)裝置，需要進(jìn)行分別演示，而且演示效果不佳。為了更好地研究和顯示其物理原理，本專利技術(shù)將二者巧妙地結(jié)合起來(lái)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，研制出的一種新型的角動(dòng)量守恒與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量綜合演示儀。將角動(dòng)量守恒和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量定理原理通過(guò)同一儀器演示出來(lái)，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過(guò)程的可視化。本專利技術(shù)采取以下技術(shù)方案—種演示角動(dòng)量守恒與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的綜合演示儀,包括單片機(jī),拉繩電機(jī),變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述單片機(jī)作為所述綜合演示儀的控制中心，能夠獲取所述變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；還包括支撐軸2，所述支撐軸2上設(shè)有隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臂4所述旋轉(zhuǎn)臂4兩側(cè)各套設(shè)一個(gè)重球1，所述重球I與沿拉繩3連接，所述拉繩3沿旋轉(zhuǎn)臂4設(shè)置，并由所述拉繩電機(jī)帶動(dòng)，拉動(dòng)兩個(gè)重球沿所述旋轉(zhuǎn)臂4同步向內(nèi)/向外移動(dòng)；所述支撐軸2與下方的外轉(zhuǎn)盤7的中心連接，所述外轉(zhuǎn)盤7下方具有卡槽701，所述卡槽701呈齒輪形狀；所述卡槽701內(nèi)設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)盤8，所述內(nèi)轉(zhuǎn)盤8上通過(guò)扭簧802與卡板801固定連接，所述卡板801與所述卡槽701 對(duì)應(yīng)；所述變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟，所述內(nèi)轉(zhuǎn)盤8由變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧802變形，卡板 801與卡槽701嚙合，帶動(dòng)外傳盤7轉(zhuǎn)動(dòng)，所述外傳盤7帶動(dòng)支撐軸2轉(zhuǎn)動(dòng)；所述變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)，內(nèi)轉(zhuǎn)盤8轉(zhuǎn)速小于外傳盤7的轉(zhuǎn)速，扭簧802復(fù)位，卡板801脫離所述卡槽802。還包括顯示屏5，所述顯示屏5與所述單片機(jī)連接，能夠顯示所述變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。還包括按鍵6，所述按鍵6與所述單片機(jī)連接。一種使用上述綜合演示儀進(jìn)行角動(dòng)量守恒的演示方法，包括以下步驟I)小球設(shè)于旋轉(zhuǎn)臂4兩端；2)開(kāi)動(dòng)變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，支撐軸2帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臂4轉(zhuǎn)動(dòng)，重球I同步轉(zhuǎn)動(dòng)；3)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速后，變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)，卡板801與卡槽701分離；4)拉繩電機(jī)帶動(dòng)拉繩3向內(nèi)側(cè)拉動(dòng),兩個(gè)重球I同步沿旋轉(zhuǎn)臂4向內(nèi)滑動(dòng),旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速加快；5)拉繩電機(jī)拉動(dòng)拉繩3向外側(cè)拉動(dòng)，兩個(gè)重球I同步沿旋轉(zhuǎn)臂4向外滑動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)速減慢。一種使用上述綜合演示儀進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量演示的方法，其特征在于，包括以下步驟I)小球設(shè)于旋轉(zhuǎn)臂4兩端；2)開(kāi)動(dòng)變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，支撐軸2帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)臂4轉(zhuǎn)動(dòng)，重球I同步轉(zhuǎn)動(dòng)；3)記錄顯示屏5上顯示的轉(zhuǎn)速；4)變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)，卡板801與卡槽701分離，旋轉(zhuǎn)臂4慣性轉(zhuǎn)動(dòng)；5)記錄旋轉(zhuǎn)臂4直到停下所需的時(shí)間；6)啟動(dòng)拉繩電機(jī)，拉繩拉動(dòng)重球4向中間移動(dòng)一段距離后停下，重復(fù)上述步驟I)、 2)；7)直至轉(zhuǎn)速與步驟3)中的轉(zhuǎn)速相同；8)重復(fù)步驟 4)、5)。本專利技術(shù)的特點(diǎn)在于角動(dòng)量守恒原理與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的定理的演示結(jié)合在同一實(shí)驗(yàn)裝置中，利用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，通過(guò)按鍵進(jìn)行實(shí)際操作的控制。同時(shí)，巧妙利用了卡盤與卡板的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用扭簧，卡板豎直方向無(wú)需脫離卡槽就能實(shí)現(xiàn)卡板與卡槽的分離，方便的實(shí)現(xiàn)了對(duì)支撐軸2的驅(qū)動(dòng)和停止驅(qū)動(dòng)。本專利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有角動(dòng)量守恒和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量定理原理演示裝置都是分別演示的的現(xiàn)狀，將二者巧妙地結(jié)合起來(lái)，通過(guò)單片機(jī)的控制，可以對(duì)兩個(gè)原理進(jìn)行綜合的演示，能更加清楚的看到整個(gè)原理演示的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，隨時(shí)記錄變化數(shù)據(jù)。本專利技術(shù)的有益效果在于(I)結(jié)構(gòu)合理、成本較低。(2)使用方便且周期長(zhǎng)。(3)具有較高的安全性、科學(xué)性。(4)可視化程度高，具有人性化設(shè)計(jì)。(5)具有商業(yè)價(jià)值,和創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益。附圖說(shuō)明圖I是本專利技術(shù)的角動(dòng)量守恒與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量綜合演示儀的外形示意圖。圖2是外傳盤的主視示意圖。圖3是外轉(zhuǎn)盤的仰視示意圖。圖4是內(nèi)轉(zhuǎn)盤的仰視示意圖。圖5是外傳盤與內(nèi)轉(zhuǎn)盤嚙合后的仰視示意圖。圖6是外傳盤與內(nèi)轉(zhuǎn)盤分開(kāi)后的仰視示意圖。圖7是內(nèi)轉(zhuǎn)盤及其上通過(guò)扭簧連接的卡板的立體示意圖。其中，I、重球，2、支撐軸，3、拉繩，4、旋轉(zhuǎn)臂，5、顯示屏，6、按鍵，7、外傳盤，8、內(nèi)轉(zhuǎn)盤，701、卡槽，801卡板，802。扭簧。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1-7所示,一種演示角動(dòng)量守恒與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的綜合演示儀,包括單片機(jī),拉繩電機(jī)，變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，單片機(jī)作為所述綜合演示儀的控制中心，能夠獲取所述變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；還包括支撐軸2，支撐軸2上設(shè)有隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臂4所述旋轉(zhuǎn)臂4兩側(cè)各套設(shè)一個(gè)重球1，重球I與沿拉繩3連接，拉繩3沿旋轉(zhuǎn)臂4設(shè)置，并由所述拉繩電機(jī)帶動(dòng)拉動(dòng)，拉動(dòng)兩個(gè)重球沿所述旋轉(zhuǎn)臂4同步向內(nèi)/向外移動(dòng)；支撐軸2與下方的外轉(zhuǎn)盤7的中心連接， 外轉(zhuǎn)盤7下方具有卡槽701，卡槽701呈齒輪形狀；卡槽701內(nèi)設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)盤8，內(nèi)轉(zhuǎn)盤8上通過(guò)扭簧802與卡板801固定連接，卡板801與卡槽701對(duì)應(yīng)；變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟，內(nèi)轉(zhuǎn)盤 8由變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧802變形，卡板801與卡槽701嚙合，帶動(dòng)外傳盤7轉(zhuǎn)動(dòng)， 外傳盤7帶動(dòng)支撐軸2轉(zhuǎn)動(dòng)；變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)，內(nèi)轉(zhuǎn)盤8轉(zhuǎn)速小于外傳盤7的轉(zhuǎn)速，扭簧 802復(fù)位，卡板801脫離所述卡槽802。還包括顯示屏5，顯示屏5與單片機(jī)連接，能夠顯示變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。還包括按鍵6，所述按鍵6與所述單片機(jī)連接，對(duì)所述綜合演示儀進(jìn)行操作控制。如附圖I所示，接通電源線，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，顯示屏上顯示“角動(dòng)量守恒和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量綜合演示儀”，按下左邊按鍵選擇進(jìn)行“角動(dòng)量實(shí)驗(yàn)”、“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)”或“兩球位置調(diào)整”。在“角動(dòng)量實(shí)驗(yàn)”模式下，按下中間的按鍵，此時(shí)支撐軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄此時(shí)支撐軸2的轉(zhuǎn)速，按下右邊的按鍵，這時(shí)通過(guò)拉繩3將重球4拉至靠近支撐軸2中心的位置，此時(shí)旋轉(zhuǎn)臂4的速度明顯加快，約I秒后變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)軸2的轉(zhuǎn)速維持在約256rpm，再次按下右邊的按鍵，兩球釋放到旋轉(zhuǎn)臂4的兩端，此時(shí)旋轉(zhuǎn)臂4速度明顯變慢，約I秒后，變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)臂4的轉(zhuǎn)速維持在約97rpm,如此往復(fù)。在轉(zhuǎn)換到另一模式前，先按中間的按鍵，使變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)停轉(zhuǎn)，再按下左邊按鍵進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，進(jìn)入“轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)”模式，按下中間的按鍵，此時(shí)兩重球I被拉至靠近旋轉(zhuǎn)臂 4的中心,變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),達(dá)到210rpm轉(zhuǎn)速后,將轉(zhuǎn)速記錄下來(lái),再按下右邊按鍵,此時(shí)變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)停轉(zhuǎn)，卡板801與卡槽701分離，支撐軸2慣性作用下繼本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種演示角動(dòng)量守恒與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的綜合演示儀，其特征在于：包括單片機(jī)，拉繩電機(jī)，變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述單片機(jī)作為所述綜合演示儀的控制中心，能夠獲取所述變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；還包括支撐軸（2），所述支撐軸（2）上設(shè)有隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臂（4）所述旋轉(zhuǎn)臂（4）兩側(cè)各套設(shè)一個(gè)重球（1），所述重球（1）與沿拉繩（3）連接，所述拉繩（3）沿旋轉(zhuǎn)臂（4）設(shè)置，并由所述拉繩電機(jī)帶動(dòng)，拉動(dòng)兩個(gè)重球沿所述旋轉(zhuǎn)臂（4）同步向內(nèi)/向外移動(dòng)；所述支撐軸（2）與下方的外轉(zhuǎn)盤（7）的中心連接，所述外轉(zhuǎn)盤（7）下方具有卡槽（701），所述卡槽（701）呈齒輪形狀；所述卡槽（701）內(nèi)設(shè)有內(nèi)轉(zhuǎn)盤（8），所述內(nèi)轉(zhuǎn)盤（8）上通過(guò)扭簧（802）與卡板（801）固定連接，所述卡板（801）與所述卡槽（701）對(duì)應(yīng)；所述變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟，所述內(nèi)轉(zhuǎn)盤（8）由變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，扭簧（802）變形，卡板（801）與卡槽（701）嚙合，帶動(dòng)外傳盤（7）轉(zhuǎn)動(dòng)，所述外傳盤（7）帶動(dòng)支撐軸（2）轉(zhuǎn)動(dòng)；所述變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)停機(jī)，內(nèi)轉(zhuǎn)盤（8）轉(zhuǎn)速小于外傳盤（7）的轉(zhuǎn)速，扭簧（802）復(fù)位，卡板（801）脫離所述卡槽（802）。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李麗，殷業(yè)，崔曉靜，劉傳勇，肖龍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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