專利名稱：一種便攜式剛體轉(zhuǎn)動慣量教學演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種物理教學實驗儀器，尤其涉及一種便攜式轉(zhuǎn)動慣量教學演示儀。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)動慣量是描述物體在轉(zhuǎn)動過程中其慣性大小的物理量，它與物體的質(zhì)量分布及轉(zhuǎn)軸位置有關(guān)。正確理解和測定物體的轉(zhuǎn)動慣量，在工程技術(shù)中有著十分重要的意義。大學物理教學中，物體的轉(zhuǎn)動慣量是學生在大學期間接觸的第一個新的物理概念，講授時概念十分抽象，計算公式比較復(fù)雜，學生不易理解接受。教師們在課堂教學活動中不斷對教學模式與方法進行改進，以便學生容易理解轉(zhuǎn)動慣量的概念，最好的方法就是課堂演示實驗?，F(xiàn)有的轉(zhuǎn)動慣量實驗儀，一般由三個獨立的部分構(gòu)成物體轉(zhuǎn)動平臺、計時系統(tǒng)和被測物體。剛體轉(zhuǎn)動平臺一般包括由鋁質(zhì)大圓盤和三足支架。圓盤中心裝有鋁質(zhì)輪轂，輪轂內(nèi)裝有滾珠軸承，滾珠軸承安裝在輪軸上，可使大圓盤繞輪軸自由轉(zhuǎn)動，輪軸水平固定在三足支架上。三足用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動平臺的水平，使轉(zhuǎn)動平臺的中軸線與三足支架的重合。計時系統(tǒng)一般可選用秒表或應(yīng)用霍爾開關(guān)傳感器結(jié)合計數(shù)計時多功能毫秒儀自動記錄物體在一定轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)過角位移的時刻，測定物體轉(zhuǎn)動時的角加速度和物體的轉(zhuǎn)動慣量。被測物體一般選硬度大的材料，摩擦力小且不易變形。然而，使用上述實驗儀，被測物體轉(zhuǎn)動慣量的大小需要通過計時器計時后比較才可獲得，沒有直觀對比性，學生不易立刻明確轉(zhuǎn)動慣量的根本內(nèi)涵；此外，該類實驗儀一般體積較大，不易搬動，因此使用范圍局限于實驗室，不利于課堂理論教學。本實用新型正是有鑒于此，創(chuàng)造性地設(shè)計出了一種新型便攜式剛體轉(zhuǎn)動慣量教學演示儀，直觀的感受轉(zhuǎn)動慣量的物理內(nèi)涵。

實用新型內(nèi)容本實用新型的主要目的旨在提供一種新型便攜式剛體轉(zhuǎn)動慣量教學演示儀，外觀小巧，利用重力使物體自然下滑的基本原理直觀的演示轉(zhuǎn)動慣量的物理內(nèi)涵。該演示儀包括儀器主體部分與四個同質(zhì)量的配件，材料主要使用鎳鉻不銹鋼或鋁合金。主體部分一個套筒式可伸縮的鋼管4，底部裝有吸盤3，可讓鋼管在平面上豎直站立。旋鈕2用來調(diào)節(jié)套筒式可伸縮鋼管4的高度。鋼管頂部連有兩個平臺6，平臺用合頁與鋼管連在一起。攜帶時平臺可以折疊在鋼管兩側(cè)，工作狀態(tài)時可展成一個平臺(如圖2 的6)。平臺上表面的中軸線有一個凹槽，線徑寬度6mm。兩個平臺的外側(cè)各焊有一個螺旋軌道1，由角接連接，可使螺旋軌道在平臺外側(cè)旋轉(zhuǎn)。螺旋軌道凹槽線徑寬度6mm。攜帶時螺旋軌道可成一個圓盤，固定側(cè)立在平臺外側(cè)；工作狀態(tài)時圓盤可向外傾倒90度，將軌道展成螺旋狀盤旋向下，用吸扣固定在平面上。配件部分四個質(zhì)量相同的配件包括兩個圓柱和兩個圓球；其中兩個圓柱為兩個截面形狀不同的圓柱，其中一個圓柱為用不銹鋼材料制備的空心圓柱(截面如圖3(a))，另一個圓柱為用鋁合金材料制備的實心圓柱；兩個圓球為具有相同直徑的兩個圓球，其中一個圓球為用不銹鋼材料制備的空心圓球(截面如圖3(b))，另一個圓球為用鋁合金材料制備的實心圓球。兩個圓柱母線長均為5mm，兩個圓球直徑均為5mm。螺旋軌道在平臺兩側(cè)，由演示儀的高度決定軌道的傾斜角，控制物體下滾的速度， 外端附有吸盤，用以固定軌道。任意兩個配件同時由軌道頂端在重力作用下在軌道上做無滑動滾動，先到達底端的配件其轉(zhuǎn)動慣量小，從而利用比較法直觀的展示了轉(zhuǎn)動慣量的內(nèi)涵。該轉(zhuǎn)動慣量演示儀的設(shè)計實現(xiàn)了任一可滾動的物體轉(zhuǎn)動慣量的直觀演示，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于攜帶、操作方便、省時省力的優(yōu)點，通過被測物體在螺旋軌道滾動時間直觀對比不同質(zhì)量分布的物體的轉(zhuǎn)動慣量的大小，適于在各高校物理教學中廣泛應(yīng)用。

圖1是本實用新型的剛體轉(zhuǎn)動慣量教學演示儀的攜帶時的展示圖；圖2是本實用新型的剛體轉(zhuǎn)動慣量教學演示儀在使用狀態(tài)下的示意圖。圖3是本實用新型的剛體轉(zhuǎn)動慣量教學演示儀的配件的截面圖。圖3(a)圓柱形配件截面不銹鋼制成的配件中半圓形為中空，鋁合金制的為實心；圖3(b)圓球形配件截面不銹鋼制成的配件中內(nèi)圓為中空，鋁合金制的為實心。1.螺旋軌道；2.旋鈕；3.吸盤；4.支柱；5.鉸鏈；6.平臺。
具體實施方式
下面結(jié)合圖1-3對本實用新型的剛體轉(zhuǎn)慣量教學演示儀加以詳細說明。該演示儀包括儀器主體部分與四個同質(zhì)量的配件，材料主要使用鎳鉻不銹鋼或鋁
I=I 巫 O主體部分一個套筒式可伸縮的鋼管4，底部裝有吸盤3，可讓鋼管在平面上豎直站立。旋鈕2用來調(diào)節(jié)套筒式可伸縮鋼管4的高度。鋼管頂部連有兩個平臺6，平臺用合頁與鋼管連在一起。攜帶時平臺可以折疊在鋼管兩側(cè)，工作狀態(tài)時可展成一個平臺(如圖2 的6)。平臺上表面的中軸線有一個凹槽，線徑寬度6mm。兩個平臺的外側(cè)各焊有一個螺旋軌道1，由角接連接，可使螺旋軌道在平臺外側(cè)旋轉(zhuǎn)。軌道凹槽線徑寬度6mm。攜帶時螺旋軌道可成一個圓盤，固定側(cè)立在平臺外側(cè)；工作狀態(tài)時圓盤可向外傾倒90度，將軌道展成螺旋狀盤旋向下，用吸扣固定在平面上。配件部分四個質(zhì)量相同的配件包括兩個圓柱和兩個圓球；其中兩個圓柱為兩個截面形狀不同的圓柱，其中一個圓柱為用不銹鋼材料制備的空心圓柱(截面如圖3(a))，另一個圓柱為用鋁合金材料制備的實心圓柱；兩個圓球為具有相同直徑的兩個圓球，其中一個圓球為用不銹鋼材料制備的空心圓球(截面如圖3(b))，另一個圓球為用鋁合金材料制備的實心圓球。兩個圓柱母線長均為5mm，兩個圓球直徑均為5mm。攜帶本演示儀時，只需參照圖1，將儀器收攏。當進行演示操作時，將演示儀如圖 2放好，將四個配件中的任意兩個，放在平臺兩側(cè)，同時放手，配件沿軌道以自身重力下行做無滑動滾動，先滾到底端的配件其轉(zhuǎn)動慣量較小。通過四個配件的不同搭配，可以清楚地比較出同質(zhì)量不同形狀、同形狀同質(zhì)量不同質(zhì)量分布的物體的轉(zhuǎn)動慣量的大小。根據(jù)不同的演示要求，還可訂制不同的配件，只要滿足可滾動即可。 需陳明者，以上所述乃本實用新型一較佳具體的實施例，若依本實用新型的構(gòu)想所作的改變，其產(chǎn)生的功能作用，仍未超出說明書與附圖所涵蓋的精神時，均應(yīng)在本實用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種便攜式剛體轉(zhuǎn)動慣量教學演示儀，包括主體部分，其特征在于，所述主體部分包括一個套筒式可伸縮的鋼管，鋼管頂部連有兩個平臺，在每個平臺上表面的中軸線上有一個凹槽，每個平臺的外側(cè)各焊有一個螺旋軌道；攜帶時螺旋軌道成一個圓盤，固定側(cè)立在平臺外側(cè)；工作狀態(tài)時圓盤向外傾倒90度，螺旋軌道展成螺旋狀盤旋向下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演示儀，其特征在于，所述鋼管的底部裝有吸盤，以使鋼管在平面上豎直站立。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演示儀，其特征在于，在所述鋼管中部還具有一旋鈕，用來調(diào)節(jié)所述鋼管的高度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的演示儀，其特征在于，所述演示儀還包括配件部分，配件部分包括質(zhì)量相同的兩個圓柱、和質(zhì)量相同的兩個圓球，且圓柱和圓球的質(zhì)量也相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的演示儀，其特征在于，所述兩個圓柱的其中一個圓柱為用不銹鋼材料制備的空心圓柱，另一個圓柱為用鋁合金材料制備的實心圓柱；所述兩個圓球為具有相同直徑的兩個圓球，其中一個圓球為用不銹鋼材料制備的空心圓球，另一個圓球為用鋁合金材料制備的實心圓球。
專利摘要本實用新型涉及一種便攜式轉(zhuǎn)動慣量教學演示儀。演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。被測物體分別為實心的圓柱體和圓球與空心的圓柱體和圓球。套筒式鋼管可調(diào)節(jié)演示儀的高度，放置被測物體的平臺可折疊放置。螺旋軌道在平臺兩側(cè)，由演示儀的高度決定軌道的傾斜角，控制物體下滾的速度，外端附有吸盤，用以固定軌道。任意兩個配件同時由軌道頂端在重力作用下在軌道上做無滑動滾動，先到達底端的配件其轉(zhuǎn)動慣量小，從而利用比較法直觀的展示了轉(zhuǎn)動慣量的內(nèi)涵。
文檔編號G09B23/10GK202177996SQ201120260320
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月22日
發(fā)明者徐海, 梁雅瓊 申請人:北京物資學院