一种手动科氏加速度演示仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及用于课堂教学的一种手动科氏加速度演示仪,特别适用于大学理论力学的课堂教学，它主要由箱体；大锥齿轮；小锥齿轮；主轴；大圆盘；换向器；第一传动轴；皮带轮；拉簧；第二传动轴；轴承；摇把；第一直齿轮；.皮带轮；大圆盘；第二直齿轮；第三直齿轮；换向器齿轮组成。箱体上方固连内啮合齿轮；大锥齿轮连接于摇把；主轴连接于箱体，小锥齿轮固连于主轴；大圆盘固连于主轴；第一传动轴与第二传动轴固定于大圆盘上；换向器通过换向器齿轮与箱体上方的内啮合齿轮啮合；拉簧置于两个皮带轮轮槽中；摄像头通过支撑板固定在大圆盘上方。本实用新型体积小、质量轻，携带方便，让科氏加速度的演示效果通过拉簧形变展现的更直观。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及用于课堂教学的一种手动科氏加速度演示仪，特别适用于大学 理论力学的课堂教学，使同学认识和理解科氏加速度的一种教具。 -种手动科氏加速度演示仪
【背景技术】
[0002] 力学中质点的运动包括绝对运动、相对运动和牵连运动。由点的复合运动理论可 知，当牵连运动含转动成分时一般会产生科氏加速度（或科氏惯性力）。
[0003] 科氏加速度（或科氏惯性力）体现在我们的生活之中，如洗漱完之后，打开排水阀 时发现水流在排水口处形成了一个逆时针漩涡，又如俗语"三十年河东，三十年河西"，以前 黄河河道不固定，经常会改道。
[0004] 科氏加速度（或科氏惯性力）是很抽象的概念，在平时的理论课堂教学中，学生对 于这部分的内容理解起来比较吃力，在课堂我们又不可能亲临黄河河道观察，所以这在大 学力学课程中是难点。
[0005] 科氏加速度仪包括科氏加速度演示仪和科氏加速度实验仪等，是通过一定装置在 地球参考上使运动物体产生科氏加速度（或科氏惯性力），进而在地球参考系上来观察质 点产生科氏加速度（或科氏惯性力）的现象或者测试分析科氏加速度（或科氏惯性力）的 一种仪器。这些科氏加速度仪主要由产生牵连运动的部分、产生相对运动的部分、传动部分 和动力部分等组成。
【发明内容】
[0006] 本实用新型的目的是为了使同学认识和理解科氏加速度，提供一种手动科氏加 速度演示仪，通过拉簧形变展示科式加速度的存在，同时通过换向器和手柄对转速大小和 方向，定性的研究速度Vr和角速度We的大小和方向对科氏加速度的影响。
[0007] 本实用新型采用以下技术方案：本实用新型一种关于科氏加速度的演示仪器，主 要由箱体；大锥齿轮；小锥齿轮；主轴；大圆盘；换向器；第一传动轴；皮带轮；拉簧；第二传 动轴；轴承；摇把；第一直齿轮；.皮带轮；大圆盘；第二直齿轮；第三直齿轮；换向器齿轮组 成。用螺钉固连有机玻璃形成半封闭箱体，箱体上方固连内啮合齿轮；摇把连接于箱体，大 锥齿轮连接于摇把；主轴连接于箱体，小锥齿轮固连于主轴；大圆盘固连于主轴；第一传动 轴与第二传动轴固定于大圆盘上；换向器通过换向器齿轮与箱体上方的内哨合齿轮哨合； 两个皮带轮分别固连于第一传动轴和第二传动轴，拉簧置于两个皮带轮轮槽中；摄像头通 过支撑板固定在大圆盘上方。
[0008] 本演示仪通过摇把输入动力，再通过大锥齿轮和小锥齿轮把动力传给主轴。主轴 带动大圆盘转动，从而形成一个转动参考系。同时第一传动轴通过换向器齿轮与箱体上方 的内啮合齿轮啮合传动，使皮带轮发生自转，再带动上方拉簧在转动参考系上作相对运动， 从而产生科氏加速度。通过本演示仪的拉簧凹凸现象，即所谓的科氏惯性力对拉簧相对运 动的影响而感观到科氏加速度的存在性。拉簧的凹凸现象通过安装在动系（圆盘）上方的 摄像头，实现多媒体教学。
[0009] 本实用新型的有益效果是：1、演示仪通过手动，体积小、质量轻，所以环保健康，携 带方便，易于带进课堂，让同学们亲手操作，印象深刻；2、让科氏加速度的演示效果通过拉 簧形变展现的更直观；3、通过换向器装置，可以实现大圆盘和皮带轮转速的同向和逆向，从 而定性分析角速度和相对速度方向对科氏加速度的影响；4、通过主轴中间的直齿轮组，可 以实现皮带轮的同步转速，从而消除了皮带轮旋转产生的松紧边效应。5、通过大圆盘上的 摄像头，从而实现拉簧相对运动的观测，同时实现多媒体教学。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1为本实用新型一种手动科氏加速度演示仪的结构示意主视图；
[0011] 图2为图1的结构示意俯视图；
[0012] 图3为本实用新型的圆盘上部结构示意图。
[0013] 图中：1.箱体；2.主轴；3.大锥齿轮；4.小锥齿轮；5.内啮合齿轮；6.换向器； 7.弟一传动轴；8.摄像头；9.支撑板；10.拉黃；11.弟_传动轴；12.轴承；13.摇把；14弟 一直齿轮；15.皮带轮；16.大圆盘；17.第二直齿轮；18.第三直齿轮；19.换向器齿轮。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0015] 如图1、图2、图3所示，本实用新型一种手动科氏加速度演示仪，主要由箱体1、主 轴2、大锥齿轮3、小锥齿轮4、内啮合齿轮5、换向器6、第一传动轴7、摄像头8、支撑板9、拉 簧10、第二传动轴11、轴承12、摇把13、第一直齿轮14、皮带轮15、大圆盘16、第二直齿轮 17、第三直齿轮18、换向器齿轮19等组成。用螺钉固连有机玻璃形成半封闭箱体1，箱体1 上方固连内啮合齿轮5 ;摇把连接于箱体1，大锥齿轮3连接于摇把13 ;主轴2连接于箱体 1，小锥齿轮4固连于主轴2 ;大圆盘16固连于主轴2,第一传动轴7与第二传动轴14固定 于大圆盘16上；换向器6通过换向器齿轮19与箱体1上方的内哨合齿轮哨合5 ;两个皮带 轮15分别固连于第一传动轴7和第二传动轴11，拉簧10置于两个皮带轮15轮槽中；摄像 头8通过支撑板9固定在大圆盘16上方。
[0016] 如图3所示，第三直齿轮18装入第一传动轴7上，第二直齿轮17装入主轴2上， 第一直齿轮14装入传动轴11 ;三个直齿轮相互啮合，两个皮带轮15装入第一传动轴7与 第二传动轴11上。
[0017] 科氏加速度的产生：如图1、2所示通过摇把13输入动力，再通过大锥齿轮3和小 锥齿轮4把动力传给主轴2。主轴2带动大圆盘16转动，从而形成一个转动参考系。同时 第一传动轴7通过换向器6 (三星换向器）中的换向器齿轮19与箱体1上方的内哨合齿轮 5啮合传动，使两个皮带轮15发生自转，再带动上方拉簧10在转动参考系上作相对运动。 综上，拉簧10上每一点既有一个角速度为We的牵连速度，同时也有一个线速度为Vr的相 对速度。理论分析表明：由于运动参考系的牵连转动与质点的相对运动的耦合效应将产生 所谓的科氏加速度。科氏加速度的概念虽然抽象，但却可以通过本演示仪的拉簧凹凸现象， 即所谓的科氏惯性力对拉簧10相对运动的影响而感观到它的存在性。拉簧10的凹凸现象 通过安装在动系（大圆盘16)上方的摄像头8,实现多媒体教学。
[0018] 定性分析相对速度和牵连速度大小和方向对科氏加速度的影响：提高摇把13转 速，后面保持上面操作不变，即可比较得出相对速度和牵连速度大小对科氏加速度的影响： 改变换向器6中的换向器齿轮19啮合个数，保持上面步骤不变，即可得出相对速度和牵连 速度方向对科氏加速度的影响。
[0019] 松紧边效应与非对称现象的消除，如图3所示，第一传动轴7通过换向器6产生动 力，第一传动轴7带动第三直齿轮18转动；第三直齿轮18通过啮合传动，带动第二直齿轮 17、第一直齿轮14转动；第一直齿轮14带动第二传动轴11转动；从而实现两个皮带轮15 双轴驱动；消除了在理论上单轴驱动的拉簧10将存在松边与紧边，使拉簧10产生的科氏变 形现象关于两皮带轮15轮心连线不对称的现象。
【权利要求】
1. 一种手动科氏加速度演示仪，主要由箱体（1)、主轴（2)、大锥齿轮（3)、小锥齿轮 (4)、内啮合齿轮（5)、换向器（6)、第一传动轴（7)、摄像头（8)、支撑板（9)、拉簧（10)、第二 传动轴（11)、轴承（12)、摇把（13)、第一直齿轮（14)、皮带轮（15)、大圆盘（16)、第二直齿 轮（17)、第三直齿轮（18)、换向器齿轮（19)等组成，其特征在于，用螺钉固连有机玻璃形成 半封闭箱体（1)，箱体（1)上方固连内啮合齿轮（5);摇把连接于箱体（1)，大锥齿轮（3)连 接于摇把（13);主轴⑵连接于箱体（1)，小锥齿轮⑷固连于主轴⑵；大圆盘（16)固连 于主轴（2)，第一传动轴（7)与第二传动轴（14)固定于大圆盘（16)上；换向器（6)通过换 向器齿轮（19)与箱体（1)上方的内哨合齿轮哨合（5);两个皮带轮（15)分别固连于第一 传动轴（7)和第二传动轴（11)，拉簧（10)置于两个皮带轮（15)轮槽中；摄像头（8)通过 支撑板（9)固定在大圆盘（16)上方。
2. 根据权利要求1所述的一种手动科氏加速度演示仪，其特征在于，第三直齿轮（18) 装入第一传动轴（7)上，第二直齿轮（17)装入主轴（2)上，第一直齿轮（14)装入传动轴 (11);三个直齿轮相互啮合，两个皮带轮（15)装入第一传动轴（7)与第二传动轴（11)上。
【文档编号】G09B23/10GK203882490SQ201420307590
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】王维, 包泽军, 张天行, 张展飞, 蒋宜辰 申请人:西南石油大学