一种质心运动定理演示方法与流程

本发明涉及质心运动定理的物理教学领域，具体地讲，涉及一种质心运动定理演示方法。

背景技术：

质心运动定理是物理动力学普遍定理之一，可表述为：质点系的质心运动和一个位于质心的质点的运动相同，该质点的质量等于质点系的总质量，而该质点上的作用力则等于作用于质点系上的所有外力平行地移到这一点上。目前对于该定理的演示教学没有专用的教学装置。此为现有技术的不足之处。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种质心运动定理演示方法，方便演示质心运动定理。

本发明采用如下技术方案实现发明目的：

一种质心运动定理演示方法,其特征是：包括如下步骤：

(1)将本装置放置于水面上，松动紧定螺栓(23)，同时转动两手柄(24)，带动两个几字形连杆(26)向中间靠拢，通过l型连杆(25)带动摆动板(21)的上端向中间转动靠拢，则摆动板(21)的下端带动摆动球(12)向上摆动，两摆动球(12)的夹角增大，调整到合适位置后，拧紧紧定螺栓(23)顶住u型支架(22)的侧板将两手柄(24)固定；

(2)进而固定两摆动球(12)的夹角大小，调整完毕后，气缸(8)和电机(10)运作，电机(10)转动，带动u型连杆(11)做圆周运动，气缸(8)的活塞杆收缩时，带动电机(10)下移，电机(10)两侧连接的l型连接杆(9)的一端顺着导向口(8a)下移，u型连杆(11)两端的杆会下移紧贴v型连接板(7)从而u型连杆(11)转动时带动圆槽(17)和对称滑槽(5)转动，此为装置的正向转动，由于固定轴(18)是固定的，所以固定轴(18)两侧连接的两根绳子(6)会缠绕在固定轴(18)上，两根绳子(6)分别通过圆球(3)拉长弹簧(2)，使弹簧(2)处于拉伸状态；

(3)当气缸(8)的活塞杆伸长时，推动电机一(10)向上移动，电机(10)两侧连接的l型连接杆(9)的一端顺着导向口(8a)上移，u型连杆(11)两端的杆会上移，此时u型连杆(11)两端的杆不与v型连接板(7)接触，两弹簧(2)收缩复位，通过圆球(3)带动绳子(6)反向转动脱离固定轴(18)，从而带动圆槽(17)和对称滑槽(5)向反方向转动，此为装置的反向转动，记录正向转动和反向转动的时间，重复转动两手柄(24)的步骤继续增大两摆动球(12)的夹角，重复上述步骤后，记录加大两摆动球(12)夹角后的正向转动和反转的时间。

作为对本技术方案的进一步限定，所述装置包括锥形板(16)，所述锥形板(16)上设置有圆盘(15)，所述圆盘(15)上设置有底板(13)，所述底板(13)上固定有固定轴(18)的一端和一组对称支撑杆(14)的一端，一组所述支撑杆(14)的另一端固定有u型支架(22)，两手柄(24)中心轴穿过铰接的所述u型支架(22)的侧板分别固定连接几字形连杆(26)的一端，每个所述几字形连杆(26)的另一端铰接在固定板(20)的圆轴(19)，每个所述几字形连杆(26)的中部铰接l型连杆(25)的一端，每个所述l型连杆(25)的另一端铰接摆动板(21)的上端，每个所述摆动板(21)的两侧固定连接转动轴(21a)的一端，每个所述转动轴(21a)的另一端铰接在所述u型支架(22)两端的凸块上，每个所述固定块(20)的一侧均固定在所述固定轴(18)上，所述固定轴(18)的另一端穿过固定连接的轴承(27)和与所述轴承(27)固定的圆槽(17)固定连接支撑板(4)，所述圆槽(17)的两侧固定连通对称滑槽(5)，每个所述滑槽(5)内壁的一端固定连接弹簧(2)的一端，所述弹簧(2)的另一端固定连接圆球(3)的一侧，每个所述圆球(3)的另一侧固定连接绳子(6)的一端，所述绳子(6)的另一端固定在所述固定轴(18)上，所述支撑板(4)上设置有气缸(8)，所述气缸(8)的活塞杆固定连接电机(10)，所述电机(10)的输出轴固定连接u型连杆(11)的中心处。

作为对本技术方案的进一步限定，每个所述固定块(20)的另一侧均通过连接板(20a)固定连接所述u型支架(22)。

作为对本技术方案的进一步限定，每个所述手柄(24)的圆板上螺纹连接紧定螺栓(23)。

作为对本技术方案的进一步限定，每个所述摆动板(21)的下端均固定连接摆动球(12)。

作为对本技术方案的进一步限定，所述电机(10)的两侧分别固定连接l型连接杆(9)的一端，每个所述l型连接杆(9)的另一端分别嵌入固定在所述支撑板(4)的l型板(1)上的导向口(8a)内。

作为对本技术方案的进一步限定，每个所述滑槽(5)两侧上表面分别固定v型连接板(7)的两端，所述u型连杆(11)的两端分别放置在两所述滑槽(5)的不同侧面。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：将本装置放置于水面上，松动紧定螺栓，同时转动两手柄，带动两个几字形连杆向中间靠拢，通过l型连杆带动摆动板的上端向中间转动靠拢，则摆动板的下端带动摆动球向上摆动，两摆动球的夹角增大，调整到合适位置后，拧紧紧定螺栓顶住u型支架的侧板将两手柄固定，进而固定两摆动球的夹角大小，调整完毕后，气缸和电机运作，电机转动，带动u型连杆做圆周运动，气缸的活塞杆收缩时，带动电机下移，电机两侧连接的l型连接杆的一端顺着导向口下移，u型连杆两端的杆会下移紧贴v型连接板从而u型连杆转动时带动圆和对称滑槽转动，此为装置的正向转动，由于固定轴是固定的，所以固定轴两侧连接的两根绳子会缠绕在固定轴上，两根绳子分别通过圆球拉长弹簧，使弹簧处于拉伸状态，当气缸的活塞杆伸长时，推动电机向上移动，电机两侧连接的l型连接杆的一端顺着导向口上移，u型连杆两端的杆会上移，此时u型连杆两端的杆不与v型连接板接触，两弹簧收缩复位，通过圆球带动绳子反向转动脱离固定轴，从而带动圆槽和对称滑槽向反方向转动，此为装置的反向转动，记录正向转动和反向转动的时间，重复转动两手柄的步骤继续增大两摆动球的夹角，重复上述步骤后，记录加大两摆动球夹角后的正向转动和反转的时间，两摆动球夹角越大，正向转动和反向转动的速度变化量大，两摆动球夹角越小，正向转动和反向转动的速度变化量小，根据动量守恒定律，两个圆球分别随弹簧的收缩产生反向运动并最终趋于静止，该装置所演示的系统动量守恒，系统在运动前后质心位置保持不变，验证了质心运动定理，以此来完成质心运动定理的演示操作。本发明操作简单，结构新颖，能够准确明了的演示质心运动定理。

附图说明

图1为本发明的立体图一。

图2为本发明的立体图二。

图3为本发明的主视图。

图4为本发明的部分结构示意图。

图5为本发明的立体图三。

图6为本发明的侧视图。

图7为本发明图4中a的局部放大图。

图中：1、l型板，2、弹簧，3、圆球，4、支撑板，5、滑槽，6、绳子，7、v型连接板，8、气缸，8a、导向口，9、l型连接杆，10、电机，11、u型连杆，12、摆动球，13、底板，14、支撑杆，15、圆盘，16、锥形板，17、圆槽，18、固定轴，19、圆轴，20、固定块，20a、连接板，21、摆动板，21a、转动轴，22、u型支架，23、紧定螺栓，24、手柄，25、l型连杆，26、几字形连杆，27、轴承。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1-图7所示，本发明包括锥形板16，所述锥形板16上设置有圆盘15，所述圆盘15上设置有底板13，所述底板13上固定有固定轴18的一端和一组对称支撑杆14的一端，一组所述支撑杆14的另一端固定有u型支架22，两手柄24中心轴穿过铰接的所述u型支架22的侧板分别固定连接几字形连杆26的一端，每个所述几字形连杆26的另一端铰接在固定板20的圆轴19，每个所述几字形连杆26的中部铰接l型连杆25的一端，每个所述l型连杆25的另一端铰接摆动板21的上端，每个所述摆动板21的两侧固定连接转动轴21a的一端，每个所述转动轴21a的另一端铰接在所述u型支架22两端的凸块上，每个所述固定块20的一侧均固定在所述固定轴18上，所述固定轴18的另一端穿过固定连接的轴承27和与所述轴承27固定的圆槽17固定连接支撑板4，所述圆槽17的两侧固定连通对称滑槽5，每个所述滑槽5内壁的一端固定连接弹簧2的一端，所述弹簧2的另一端固定连接圆球3的一侧，每个所述圆球3的另一侧固定连接绳子6的一端，所述绳子6的另一端固定在所述固定轴18上，所述支撑板4上设置有气缸8，所述气缸8的活塞杆固定连接电机10，所述电机10的输出轴固定连接u型连杆11的中心处。

每个所述固定块20的另一侧均通过连接板20a固定连接所述u型支架22。

每个所述手柄24的圆板上螺纹连接紧定螺栓23。

每个所述摆动板21的下端均固定连接摆动球12。

所述电机10的两侧分别固定连接l型连接杆9的一端，每个所述l型连接杆9的另一端分别嵌入固定在所述支撑板4的l型板1上的导向口8a内。

每个所述滑槽5两侧上表面分别固定v型连接板7的两端，所述u型连杆11的两端分别放置在两所述滑槽5的不同侧面。

本发明的工作流程为：将本装置放置于水面上，松动紧定螺栓23，同时转动两手柄24，带动两个几字形连杆26向中间靠拢，通过l型连杆25带动摆动板21的上端向中间转动靠拢，则摆动板21的下端带动摆动球12向上摆动，两摆动球12的夹角增大，调整到合适位置后，拧紧紧定螺栓23顶住u型支架22的侧板将两手柄24固定，进而固定两摆动球12的夹角大小，调整完毕后，气缸8和电机10运作，电机10转动，带动u型连杆11做圆周运动，气缸8的活塞杆收缩时，带动电机10下移，电机10两侧连接的l型连接杆9的一端顺着导向口8a下移，u型连杆11两端的杆会下移紧贴v型连接板7从而u型连杆11转动时带动圆槽17和对称滑槽5转动，此为装置的正向转动，由于固定轴18是固定的，所以固定轴18两侧连接的两根绳子6会缠绕在固定轴18上，两根绳子6分别通过圆球3拉长弹簧2，使弹簧2处于拉伸状态，当气缸8的活塞杆伸长时，推动电机10向上移动，电机10两侧连接的l型连接杆9的一端顺着导向口8a上移，u型连杆11两端的杆会上移，此时u型连杆11两端的杆不与v型连接板7接触，两弹簧2收缩复位，通过圆球3带动绳子6反向转动脱离固定轴18，从而带动圆槽17和对称滑槽5向反方向转动，此为装置的反向转动，记录正向转动和反向转动的时间，重复转动两手柄24的步骤继续增大两摆动球12的夹角，重复上述步骤后，记录加大两摆动球12夹角后的正向转动和反转的时间，两摆动球12夹角越大，正向转动和反向转动的速度变化量大，两摆动球12夹角越小，正向转动和反向转动的速度变化量小，根据动量守恒定律，两个圆球3分别随弹簧2的收缩产生反向运动并最终趋于静止，该装置所演示的系统动量守恒，系统在运动前后质心位置保持不变，验证了质心运动定理，以此来完成质心运动定理的演示操作。

以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。