刚体碰撞实验仪的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于物理实验仪器领域，涉及一种力学实验装置，具体为一种刚体碰 撞实验仪。
【背景技术】
[0002] 刚体的碰撞是刚体力学中常见的问题，例如，棒与球的碰撞等。刚体在碰撞过程 中，遵循角动量守恒定律，如果是弹性碰撞，还遵循机械能守恒定律。目前，缺乏一种实现刚 体碰撞并验证刚体碰撞规律的实验设备。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的，是设计一种能实现刚体碰撞并验证角动量守恒定律的刚体碰 撞实验仪。
[0004] 为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：包括底座、立板、转轴、直 杆、摆球；所述立板为长方形，立板垂直固定在底座上；转轴垂直固定在立板中上部；直杆 为均质等截面细杆，直杆一端固定在转轴上可绕转轴在竖直平面内自由转动；摆球通过摆 线与转轴联结，摆线长度可调；立板上设有用于确定摆球与直杆碰撞前后高度位置的等间 隔分布的高度标线。
[0005] 本实用新型还包括摆球的摆动控制单元，摆动控制单元包括导轨、伸缩杆、电磁 铁、电磁铁控制器，导轨固定在立板的右上部，伸缩杆的一端活动联结在导轨上可沿导轨来 回移动，伸缩杆的另一端联结电磁铁用于吸附摆球，电磁铁控制器与电磁铁电相连用于控 制摆球的吸附与释放。
[0006] 优选地，所述摆线的长度等于直杆长度，所述直杆的质量为摆球质量的2. 45倍。
[0007] 本实用新型由于采用上述设计，能产生以下有益效果：调节摆线长度可控制摆球 与直杆的碰撞点，由立板上的高度标线可确定摆球初始下摆高度以及碰撞后摆球与直杆的 上升高度。本实用新型用直观可读的物理量间接量度角动量大小，并由此验证角动量守恒 定律，大大简化了验证难度。本实用新型可配合刚体力学的教学，通过刚体的碰撞，直观、方 便地验证角动量守恒定律，有利于加深学生对刚体碰撞过程及规律的理解。
【附图说明】
[0008] 下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0009] 图1是本实用新型的构成示意图。
[0010] 图2是本实用新型的测量及验证原理图。
[0011] 图中：1.底座，2.立板，3.转轴，4.直杆，5.摆球，6.摆动控制单元，11.调平螺丝， 21.高度标线，51.摆线，61.导轨，62.伸缩杆，63.电磁铁，64.电磁铁控制器。
【具体实施方式】
[0012] 如图1所示，本实用新型包括底座1、立板2、转轴3、直杆4、摆球5。立板2为长方 形，立板2垂直固定在底座1上。转轴3垂直固定在立板2中上部。直杆4为均质等截面 细杆，直杆4 一端固定在转轴3上可绕转轴3在竖直平面内自由转动。摆球5通过摆线51 与转轴3联结，摆线51的长度可调。立板2上设有用于确定摆球5与直杆4碰撞前后高度 位置的等间隔分布的高度标线21。底座1下方设有用于调节底座水平的调平螺丝11。
[0013] 本实用新型还包括摆球5的摆动控制单元6,摆动控制单元6包括导轨61、伸缩杆 62、电磁铁63、电磁铁控制器64,导轨61固定在立板2的右上部，伸缩杆62的一端活动联 结在导轨61上可沿导轨61来回移动，伸缩杆62的另一端联结电磁铁63用于吸附摆球5。 电磁铁控制器64与电磁铁63电相连用于控制摆球5的吸附与释放：通电时电磁铁63产生 磁性将摆球5吸附，断电时电磁铁63失去磁性，摆球5释放向下摆动。使用该摆动控制单 元6时摆球5为铁质球。
[0014] 优选地，所述摆线51的长度等于直杆4的长度，直杆4的质量为摆球5质量的2. 45 倍。
[0015] 测量及验证原理参见图2,该实施例中，摆球5质量为Hi1，直杆4质量为m 2，摆线51 与直杆4的长度均为L，摆球5下摆时的高度为Iv与直杆4发生弹性碰撞后摆球5回弹的 高度为Ii 1，直杆4末端上升的高度为h2。
[0016] 由角动量守恒定律，有：
[0017] Hi1V1L = Jw -In1V2L, SP
[0018] J ω = In1L (V2-V1) (1)
[0019] 式中力和V 2分别是摆球5与直杆4碰撞前后的速度大小，J为直杆4绕转轴3的 转动惯量。
[0020] 由机械能守恒定律，有：
【主权项】
1. 一种刚体碰撞实验仪，其特征在于：包括底座（1)、立板（2)、转轴（3)、直杆（4)、摆 球（5);所述立板⑵为长方形，立板⑵垂直固定在底座⑴上；转轴⑶垂直固定在立 板（2)中上部；直杆（4)为均质等截面细杆，直杆（4) 一端固定在转轴（3)上可绕转轴（3) 在竖直平面内自由转动；摆球（5)通过摆线（51)与转轴（3)联结，摆线（51)长度可调；立 板（2)上设有用于确定摆球（5)与直杆（4)碰撞前后高度位置的等间隔分布的高度标线 (21)。
2. 根据权利要求1所述的刚体碰撞实验仪，其特征在于：还包括摆球（5)的摆动控制 单元（6)，摆动控制单元（6)包括导轨（61)、伸缩杆（62)、电磁铁（63)、电磁铁控制器（64)， 导轨（61)固定在立板的右上部，伸缩杆（62)的一端活动联结在导轨（61)上可沿导轨（61) 来回移动，伸缩杆（62)的另一端联结电磁铁（63)用于吸附摆球（5)，电磁铁控制器（64)与 电磁铁（63)电相连用于控制摆球（5)的吸附与释放。
3. 根据权利要求1所述的刚体碰撞实验仪，其特征在于：所述摆线（51)的长度等于直 杆（4)的长度，所述直杆（4)的质量为摆球（5)质量的2. 45倍。
【专利摘要】本实用新型公开了一种刚体碰撞实验仪，包括底座、立板、转轴、直杆、摆球；立板为长方形，立板垂直固定在底座上；转轴垂直固定在立板中上部；直杆为均质等截面细杆，直杆一端固定在转轴上可绕转轴在竖直平面内自由转动；摆球通过摆线与转轴联结，摆线长度可调；立板上设有用于确定摆球与直杆碰撞前后高度位置的高度标线。本实用新型可配合刚体力学的教学，直观、方便地验证角动量守恒定律，有利于加深学生对刚体碰撞过程及规律的理解。
【IPC分类】G09B23-10
【公开号】CN204348183
【申请号】CN201520023696
【发明人】陈健, 朱纯, 周锡生
【申请人】江南大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月13日