[发明专利]多功能刚体转动及角动量定理教学演示仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种多功能刚体转动及角动量定理教学演示仪，适用于演示多种刚体定点、定轴转动及角动量定理的相关实验。

背景技术

刚体的转动是力学中的重点，同时也是难点，其物理实质难以把握，所以无论是在《理论力学》还是在《大学物理》的教学中要让学生在短短的几个学时内掌握或理解其原理都存在很大的困难。如果能把刚体转动的相关现象与规律能用一种教学仪来演示与再现，对学生的理解将有很大的帮助。目前也有一些刚体转动方面演示仪，但可演示的实验项目较少，较单一，很难起到满意的教学效果。如果要演示多种刚体转动及角动量定理的实验则要用到多个教学试验仪，这样就给课堂教学带来很大的难度与不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能刚体转动及角动量定理教学演示仪，该教学演示仪可以演示多种刚体定点、定轴转动及角动量定理的相关实验，功能丰富，结构简单，使用效果好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多功能刚体转动及角动量定理教学演示仪，包括底座、支架、安装座、竖轴、横轴、摆杆、飞轮、导线器、定滑轮和连接线，所述支架固定于底座上，所述安装座垂直设置于底座上，所述竖轴竖向设置并与安装座转动连接，以绕竖轴中心自由转动，所述横轴水平设置于竖轴上端部，所述摆杆一端部与横轴转动连接，以绕横轴中心自由摆动，所述飞轮套设于摆杆上，以绕摆杆中心自由转动；所述导线器设置于支架上部，所述定滑轮设置于支架上部导线器的旁侧，所述连接线系于摆杆另一端部并依次通过导线器、定滑轮牵引至支架外侧。

进一步的，所述竖轴、横轴、摆杆相交于一点。

进一步的，所述竖轴、横轴、摆杆的交点与导线器在同一竖直位置上。

进一步的，所述飞轮上设有绕绳槽，以绕设用于驱动飞轮旋转的细绳。

本发明的有益效果是：功能丰富多样，能够演示刚体定点转动、定轴转动，角动量与角速度方向不同，刚体定点转动的角动量守恒定律及角动量定理，恒定外力矩时的进动现象，外力矩变化时的进动现象，外力矩自动地连续变化时的进动现象等相关实验，而且结构简单，操作方便，具有很强的实用性。

附图说明

图1是本发明实施例的结构图。

图2是本发明实施例演示重力矩作用下刚体进动现象的示意图。

图3是本发明实施例演示外力矩自动地连续变化时的进动现象的示意图。

图4是本发明实施例演示角动量与角速度方向不同的示意图。

图5是本发明实施例演示刚体定点转动的角动量守恒定律现象的示意图。

图中，1-底座，2-支架，3-安装座，4-竖轴，5-横轴，6-摆杆，7-飞轮，8-导线器，9-定滑轮，10-连接线，11-绕绳槽，12-砝码。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明多功能刚体转动及角动量定理教学演示仪，如图1所示，包括底座1、支架2、安装座3、竖轴4、横轴5、摆杆6、飞轮7、导线器8、定滑轮9和连接线10。所述底座1为圆形的铁板，所述支架2为半框架结构且固定于底座1上，所述安装座3垂直设置于底座1上，所述竖轴4竖向设置并与安装座3转动连接，以绕竖轴中心自由转动，所述横轴5水平设置于竖轴4上端部，所述摆杆6一端部与横轴5转动连接，以绕横轴中心自由摆动，所述飞轮7套设于摆杆6上，以绕摆杆中心自由转动；所述导线器8设置于支架2上部，所述定滑轮9设置于支架2上部导线器8的旁侧，所述连接线10系于摆杆6另一端部并依次通过导线器8、定滑轮9牵引至支架2外侧。

在本实施例中，所述竖轴4、横轴5、摆杆6相交于一点。所述竖轴4、横轴5、摆杆6的交点与导线器8在同一竖直位置上。

在本实施例中，飞轮7套设于摆杆6中部，这样飞轮7更靠近竖轴4，演示仪相对于竖轴4的转动惯量就大大减少，因此支架2使用半框架也能保证转动的稳定性，也可以较大程度地减轻底座1的质量，演示仪更加轻便。此外，由于支架2只使用半框架，操作更方便。

所述飞轮7上设有绕绳槽11，以绕设用于驱动飞轮7旋转的细绳。只要把细绳在绕绳槽11上多绕几圈，一手握住摆杆6，另一手用力拉细绳，就很容易使飞轮7高速旋转。