专利名称：一种便携式刚体转动惯量教学演示仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种物理教学实验仪器，尤其涉及一种便携式转动惯量教学演示仪。
背景技术：
转动惯量是描述物体在转动过程中其惯性大小的物理量，它与物体的质量分布及转轴位置有关。正确理解和测定物体的转动惯量，在工程技术中有着十分重要的意义。大学物理教学中，物体的转动惯量是学生在大学期间接触的第一个新的物理概念，讲授时概念十分抽象，计算公式比较复杂，学生不易理解接受。教师们在课堂教学活动中不断对教学模式与方法进行改进，以便学生容易理解转动惯量的概念，最好的方法就是课堂演示实验。现有的转动惯量实验仪，一般由三个独立的部分构成物体转动平台、计时系统和被测物体。刚体转动平台一般包括由铝质大圆盘和三足支架。圆盘中心装有铝质轮毂，轮毂内装有滚珠轴承，滚珠轴承安装在轮轴上，可使大圆盘绕轮轴自由转动，轮轴水平固定在三足支架上。三足用来调节转动平台的水平，使转动平台的中轴线与三足支架的重合。计时系统一般可选用秒表或应用霍尔开关传感器结合计数计时多功能毫秒仪自动记录物体在一定转矩作用下，转过角位移的时刻，测定物体转动时的角加速度和物体的转动惯量。被测物体一般选硬度大的材料，摩擦力小且不易变形。然而，使用上述实验仪，被测物体转动惯量的大小需要通过计时器计时后比较才可获得，没有直观对比性，学生不易立刻明确转动惯量的根本内涵；此外，该类实验仪一般体积较大，不易搬动，因此使用范围局限于实验室，不利于课堂理论教学。本实用新型正是有鉴于此，创造性地设计出了一种新型便携式刚体转动惯量教学演示仪，直观的感受转动惯量的物理内涵。
实用新型内容本实用新型的主要目的旨在提供一种新型便携式刚体转动惯量教学演示仪，外观小巧，利用重力使物体自然下滑的基本原理直观的演示转动惯量的物理内涵。该演示仪包括仪器主体部分与四个同质量的配件，材料主要使用镍铬不锈钢或铝合金。主体部分一个套筒式可伸缩的钢管4，底部装有吸盘3，可让钢管在平面上竖直站立。旋钮2用来调节套筒式可伸缩钢管4的高度。钢管顶部连有两个平台6，平台用合页与钢管连在一起。携带时平台可以折叠在钢管两侧，工作状态时可展成一个平台(如图2 的6)。平台上表面的中轴线有一个凹槽，线径宽度6mm。两个平台的外侧各焊有一个螺旋轨道1，由角接连接，可使螺旋轨道在平台外侧旋转。螺旋轨道凹槽线径宽度6mm。携带时螺旋轨道可成一个圆盘，固定侧立在平台外侧；工作状态时圆盘可向外倾倒90度，将轨道展成螺旋状盘旋向下，用吸扣固定在平面上。配件部分四个质量相同的配件包括两个圆柱和两个圆球；其中两个圆柱为两个截面形状不同的圆柱，其中一个圆柱为用不锈钢材料制备的空心圆柱(截面如图3(a))，另一个圆柱为用铝合金材料制备的实心圆柱；两个圆球为具有相同直径的两个圆球，其中一个圆球为用不锈钢材料制备的空心圆球(截面如图3(b))，另一个圆球为用铝合金材料制备的实心圆球。两个圆柱母线长均为5mm，两个圆球直径均为5mm。螺旋轨道在平台两侧，由演示仪的高度决定轨道的倾斜角，控制物体下滚的速度， 外端附有吸盘，用以固定轨道。任意两个配件同时由轨道顶端在重力作用下在轨道上做无滑动滚动，先到达底端的配件其转动惯量小，从而利用比较法直观的展示了转动惯量的内涵。该转动惯量演示仪的设计实现了任一可滚动的物体转动惯量的直观演示，具有结构简单、易于携带、操作方便、省时省力的优点，通过被测物体在螺旋轨道滚动时间直观对比不同质量分布的物体的转动惯量的大小，适于在各高校物理教学中广泛应用。
图1是本实用新型的刚体转动惯量教学演示仪的携带时的展示图；图2是本实用新型的刚体转动惯量教学演示仪在使用状态下的示意图。图3是本实用新型的刚体转动惯量教学演示仪的配件的截面图。图3(a)圆柱形配件截面不锈钢制成的配件中半圆形为中空，铝合金制的为实心；图3(b)圆球形配件截面不锈钢制成的配件中内圆为中空，铝合金制的为实心。1.螺旋轨道；2.旋钮；3.吸盘；4.支柱；5.铰链；6.平台。
具体实施方式
下面结合图1-3对本实用新型的刚体转惯量教学演示仪加以详细说明。该演示仪包括仪器主体部分与四个同质量的配件，材料主要使用镍铬不锈钢或铝
I=I 巫 O主体部分一个套筒式可伸缩的钢管4，底部装有吸盘3，可让钢管在平面上竖直站立。旋钮2用来调节套筒式可伸缩钢管4的高度。钢管顶部连有两个平台6，平台用合页与钢管连在一起。携带时平台可以折叠在钢管两侧，工作状态时可展成一个平台(如图2 的6)。平台上表面的中轴线有一个凹槽，线径宽度6mm。两个平台的外侧各焊有一个螺旋轨道1，由角接连接，可使螺旋轨道在平台外侧旋转。轨道凹槽线径宽度6mm。携带时螺旋轨道可成一个圆盘，固定侧立在平台外侧；工作状态时圆盘可向外倾倒90度，将轨道展成螺旋状盘旋向下，用吸扣固定在平面上。配件部分四个质量相同的配件包括两个圆柱和两个圆球；其中两个圆柱为两个截面形状不同的圆柱，其中一个圆柱为用不锈钢材料制备的空心圆柱(截面如图3(a))，另一个圆柱为用铝合金材料制备的实心圆柱；两个圆球为具有相同直径的两个圆球，其中一个圆球为用不锈钢材料制备的空心圆球(截面如图3(b))，另一个圆球为用铝合金材料制备的实心圆球。两个圆柱母线长均为5mm，两个圆球直径均为5mm。携带本演示仪时，只需参照图1，将仪器收拢。当进行演示操作时，将演示仪如图 2放好，将四个配件中的任意两个，放在平台两侧，同时放手，配件沿轨道以自身重力下行做无滑动滚动，先滚到底端的配件其转动惯量较小。通过四个配件的不同搭配，可以清楚地比较出同质量不同形状、同形状同质量不同质量分布的物体的转动惯量的大小。根据不同的演示要求，还可订制不同的配件，只要满足可滚动即可。 需陈明者，以上所述乃本实用新型一较佳具体的实施例，若依本实用新型的构想所作的改变，其产生的功能作用，仍未超出说明书与附图所涵盖的精神时，均应在本实用新型的范围内。
权利要求1.一种便携式刚体转动惯量教学演示仪，包括主体部分，其特征在于，所述主体部分包括一个套筒式可伸缩的钢管，钢管顶部连有两个平台，在每个平台上表面的中轴线上有一个凹槽，每个平台的外侧各焊有一个螺旋轨道；携带时螺旋轨道成一个圆盘，固定侧立在平台外侧；工作状态时圆盘向外倾倒90度，螺旋轨道展成螺旋状盘旋向下。
2.根据权利要求1所述的演示仪，其特征在于，所述钢管的底部装有吸盘，以使钢管在平面上竖直站立。
3.根据权利要求1所述的演示仪，其特征在于，在所述钢管中部还具有一旋钮，用来调节所述钢管的高度。
4.根据权利要求1所述的演示仪，其特征在于，所述演示仪还包括配件部分，配件部分包括质量相同的两个圆柱、和质量相同的两个圆球，且圆柱和圆球的质量也相同。
5.根据权利要求4所述的演示仪，其特征在于，所述两个圆柱的其中一个圆柱为用不锈钢材料制备的空心圆柱，另一个圆柱为用铝合金材料制备的实心圆柱；所述两个圆球为具有相同直径的两个圆球，其中一个圆球为用不锈钢材料制备的空心圆球，另一个圆球为用铝合金材料制备的实心圆球。
专利摘要本实用新型涉及一种便携式转动惯量教学演示仪。演示仪包括一个附有吸盘的套筒式可伸缩钢管、放置被测物体的平台、两个螺旋轨道和四个同质量的被测物体。被测物体分别为实心的圆柱体和圆球与空心的圆柱体和圆球。套筒式钢管可调节演示仪的高度，放置被测物体的平台可折叠放置。螺旋轨道在平台两侧，由演示仪的高度决定轨道的倾斜角，控制物体下滚的速度，外端附有吸盘，用以固定轨道。任意两个配件同时由轨道顶端在重力作用下在轨道上做无滑动滚动，先到达底端的配件其转动惯量小，从而利用比较法直观的展示了转动惯量的内涵。
文档编号G09B23/10GK202177996SQ201120260320
公开日2012年3月28日 申请日期2011年7月22日 优先权日2011年7月22日
发明者徐海, 梁雅琼 申请人:北京物资学院