CN104299485B - 科氏加速度演示仪 - Google Patents

Abstract

科氏加速度演示仪，涉及加速度演示仪。设有驱动单元和演示单元；所述驱动单元和演示单元设有下电动机、传动轴圆锥齿轮、下电动机圆锥齿轮、传动轴正齿轮、中心轴正齿轮、传动轴、中心轴、十字架型齿轮、转盘盖、转盘、底座、上电动机、标准齿轮、标准齿条、活塞、栓、进球装置、弹射装置、开关底座、触碰壁。在各系统正常运行的情况下，小球由弹射装置中被弹出，根据不同的转速，打到触碰壁的不同位置，并使相对应的触碰壁上的灯点亮，从而体现出物体受到科里奥利力作用的效果，即演示科氏加速度的对物理运动的影响。不但减轻了实验仪器的重量，使用地点范围限制降低，且可更直观地观察科氏加速度对运动物体的持续影响与运动轨迹。

Description

科氏加速度演示仪

技术领域

本发明涉及加速度演示仪，尤其是涉及物体在转动的非惯性系下受到科里奥利力作用时的一种科氏加速度演示仪。

背景技术

由理论力学可知，物体在转动的非惯性系下运动会受到科里奥利力的作用，其运动从而受到科氏加速度的影响。已有的“科氏加速度”演示仪按照运动物体的类型通常分为皮带式和流体式两种，较为复杂且不易于观测。

中国专利CN102129802A公开一种立体机械带式科氏加速度实验仪，含牵连运动部分、相对运动部分、机架和电器部分；由柱形带轮、带轮轴、双圆环构架等多种零件组成；有益效果：使得相对运动与牵连运动的运动平面相互垂直，使动点的运动成为空间运动；用于显现受力状态的演示带和驱动带是相互独立的；演示带环绕在柱形带轮的平带轮上，受科氏惯性力作用可在柱形带轮上作横向运动显现受力状态；增设了映视框，增强了视觉效果，便于观察；I号电机和II号电机均采用高低速开关和正反开关控制，均可进行高低速和正反转操作和控制。

中国专利CN202331992U公开一种两功能流体科氏加速度实验仪，含牵连运动部分、相对运动部分、传动部分、机箱和电器五部分；由环形构架、映射板、卡子、撑杆、连接架、转盘、水泵、软管、注水阀、回水管、主传动装置、直流电机、机架等组成；实验时上部双管路演示实验的是立体科氏加速度实验仪的工作状态，下部双管路演示实验的平面科氏加速度实验仪的工作状态；映射板为白色，围绕在5个撑杆上，呈半圆形，除了衬托着软管外还用于增强视觉效果；科氏加速度实验仪的种类和类型得以齐全和完善。

中国专利CN201927245U公开一种立体机械带式科氏加速度实验仪，含牵连运动部分、相对运动部分、机架和电器部分；由柱形带轮、带轮轴、双圆环构架、带轮轴螺母、卡子、映射框、映射框撑杆、固定螺母、演示带、驱动带、卡子间隔套、配重、Ⅱ号电机、驱动带带轮、主传动连接器、主传动装置、Ⅰ号电机、减速器、高低速开关、正反转开关、主电机带轮、电机架、V型带、加强板、主传动带轮、主传动固定座、主传动固定螺母、机架、机箱和调平螺钉组成；有益效果：使得相对运动与牵连运动的运动平面相互垂直，使动点的运动成为空间运动；用于显现受力状态的演示带和驱动带是相互独立的；演示带环绕在柱形带轮的平带轮上，受科氏惯性力作用可在柱形带轮上作横向运动显现受力状态；增设了映视框，增强了视觉效果，便于观察；Ⅰ号电机和Ⅱ号电机均采用高低速开关和正反开关控制，均可进行高低速和正反转操作和控制。

大学本科力学类课目中质点动力学章节内的非惯性系、惯性力概念是教学的重点和难点。学生们在学习该章知识时，不能很好地理解所学内容，直观的演示会使教学获得更大的成功并让学生更容易理解所学内容。但现有的科氏加速度演示仪多采用皮带或流体作为演示道具，流体演示仪器需要运用塑胶管、水龙头等设备(Levi,F.A.，A New Look forCoriolis，Physics Teacher,v26 n8 p508-09 Nov 1988)，在课上做实验时极为不方便。且现有的科氏加速度(或惯性力)实验仪主要是平面的，即相对运动和牵连运动均在一个平面内。

发明内容

本发明的目的在于针对现有的科氏加速度演示仪所存在的上述缺点，提供科氏加速度演示仪。

本发明设有驱动单元和演示单元；

所述驱动单元和演示单元设有下电动机、传动轴圆锥齿轮、下电动机圆锥齿轮、传动轴正齿轮、中心轴正齿轮、传动轴、中心轴、十字架型齿轮、转盘盖、转盘、底座、上电动机、标准齿轮、标准齿条、活塞、栓、进球装置、弹射装置、开关底座、触碰壁；

所述下电动机固定在底座上，下电动机圆锥齿轮固定在下电动机上，传动轴圆锥齿轮与下电动机圆锥齿轮相啮合，传动轴正齿轮与传动轴圆锥齿轮固定在传动轴的两端，中心轴正齿轮与传动轴正齿轮相啮合，中心轴正齿轮与十字架型齿轮固定在中心轴的两端，转盘盖通过十字架型齿轮与转动装置进行固定，转盘固定在转盘盖上；

所述上电动机固定在转盘盖上，标准齿条固定在转盘盖上，标准齿条与活塞相连通过栓进行配合，活塞与进球装置相配合，使活塞可以在进球装置中上下移动，触碰壁嵌在开关底座上，开关底座固定在转盘上，使开关底座保持在弹射装置的正对方向上。

本发明由电机驱动，二级齿轮进行传动，从而带动转盘按照可变速度转动，为小球创建了一个转动非惯性实验空间；通过齿轮齿条传动机构带动活塞，将小球送入弹簧弹射装置的弹射轨道；通过继电器控制弹射通道上弹簧的收放，将弹射装置中的小球弹出，不同的转速小球打到触碰壁的不同位置，使对应的触碰壁上的灯点亮，从而体现出科氏加速度的作用效果；小球与触碰壁接触掉落后滚动到转盘最低端，由继电器控制竖直方向弹簧的收放，从而将小球再次送到弹射装置中，以便进行下一次实验。

本发明通过转盘转动机构建立非惯性参考系，根据胡克定律利用弹簧改变小球发射速度，学生通过肉眼可直接观测演示实验的结果。

本发明利用简单的机械模型对转动非惯性参考系中运动物体受到科里奥利力即“科氏加速度”的影响进行直观的演示，使学生更好地理解相关物理概念。利用非惯性系的不同转速和小球的不同发射速度展示小球不同的运动轨迹，学生可直观感受较难理解的非惯性系和惯性力等物理概念，有助于激发学生的学习兴趣，进而加深对相关物理概念的理解。

本发明是一种运动学和动力学实验装置，特别涉及物体在转动的非惯性系下受到科里奥利力作用时的运动；含驱动系统、传动系统和执行系统；由底座、进球及弹射装置、转盘等多种零件组成。驱动系统为电机驱动：电机采用高低速开关和正反开关控制，为其它装置提供动力。传动系统由两个子系统组成：二级齿轮传动系统，由二级齿轮带动转盘按照一定可变速度转动，为小球创建了一个转动的非惯性实验空间；齿轮齿条传动系统，即通过齿轮齿条传动机构带动活塞，将小球送入弹簧弹射装置的弹射轨道。执行系统分为弹射系统和回收系统：弹射系统主要由继电器组成，继电器通过控制弹射通道上弹簧的收放，实现小球的弹出；回收系统则由弧面转盘组成，小球与触碰壁接触掉落后滚动到弧面转盘最低端，通过齿轮齿条传动系统再次传送到弹射装置中。实际效果：在各系统正常运行的情况下，小球由弹射装置中被弹出，根据不同的转速，打到触碰壁的不同位置，并使相对应的触碰壁上的灯点亮，从而体现出物体受到科里奥利力作用的效果，即演示科氏加速度的对物理运动的影响；而回收系统的存在，可保证实验的连续性。

附图说明

图1为本发明实施例的主视结构示意图。

图2为图1的A部局部放大示意图。

图3为图1的B部局部放大示意图。

图4为本发明实施例的左视结构示意图。

具体实施方式

参见图1～4，本发明实施例设有驱动单元和演示单元；所述驱动单元和演示单元设有下电动机9、传动轴圆锥齿轮7、下电动机圆锥齿轮8、传动轴正齿轮6、中心轴正齿轮19、传动轴5、中心轴20、十字架型齿轮18、转盘盖17、转盘3、底座4、上电动机14、标准齿轮15、标准齿条16、活塞12、栓13、进球装置10、弹射装置11、开关底座2、触碰壁1。

所述下电动机9固定在底座4上，下电动机圆锥齿轮8固定在下电动机9上，传动轴圆锥齿轮7与下电动机圆锥齿轮8相啮合，传动轴正齿轮6与传动轴圆锥齿轮7固定在传动轴5的两端，中心轴正齿轮19与传动轴正齿轮6相啮合，中心轴正齿轮19与十字架型齿轮18固定在中心轴20的两端，转盘盖17通过十字架型齿轮18与转动装置进行固定，转盘3固定在转盘盖17上。所述上电动机14固定在转盘盖17上，标准齿条16固定在转盘盖17上，标准齿条16与活塞12相连通过栓13进行配合，活塞12与进球装置10相配合，使活塞12可以在进球装置10中上下移动，触碰壁1嵌在开关底座2上，开关底座2固定在转盘3上，使开关底座2保持在弹射装置11的正对方向上。

本发明由电机驱动，二级齿轮进行传动，从而带动转盘按照可变速度转动，为小球创建了一个转动非惯性实验空间；通过齿轮齿条传动机构带动活塞，将小球送入弹簧弹射装置的弹射轨道；通过继电器控制弹射通道上弹簧的收放，将弹射装置中的小球弹出，不同的转速小球打到触碰壁的不同位置，使对应的触碰壁上的灯点亮，从而体现出科氏加速度的作用效果；小球与触碰壁接触掉落后滚动到转盘最低端，由继电器控制竖直方向弹簧的收放，从而将小球再次送到弹射装置中，以便进行下一次实验。

由于转盘与小球在转动，肉眼很难看出科氏加速度对小球运动轨迹的影响。使用压控开关装置可以通过亮灯的方式判断小球轨迹的变化：小球弹射到某个触碰壁，该触碰壁亮灯。当转盘以正向高速旋转时，小球弹到第1触碰壁上；当转盘以正向低速旋转时，小球弹到第2触碰壁上；当转盘不旋转时，小球弹到第3触碰壁上；当转盘以反向低速旋转时，小球弹到第4触碰壁上；当转盘以反向高速旋转时，小球弹到第5触碰壁上。相较已有的科氏加速度演示仪，本发明可以更直观显示出物体经科氏加速度影响后的位置改变状态，相较流体与带状装置更加直观。

本发明通过转盘转动机构建立非惯性参考系，根据胡克定律利用弹簧改变小球发射速度，学生通过肉眼可直接观测演示实验的结果。

本发明利用简单的机械模型对转动非惯性参考系中运动物体受到科里奥利力即“科氏加速度”的影响进行直观的演示，使学生更好地理解相关物理概念。利用非惯性系的不同转速和小球的不同发射速度展示小球不同的运动轨迹，学生可直观感受较难理解的非惯性系和惯性力等物理概念，有助于激发学生的学习兴趣，进而加深对相关物理概念的理解。

用简单的机械模型对转动非惯性参考系中运动物体受到科里奥利力即“科氏加速度”的影响进行直观的演示，以便更好地理解相关物理概念。利用非惯性系的不同转速和小球的不同发射速度展示小球不同的运动轨迹，使学生直观感受较难理解的非惯性系和惯性力等物理概念，有助于激发学生的学习兴趣，进而加深其对相关物理概念的理解。现有的科氏加速度演示仪多采用立体带式或流体进行实验演示，体型笨重且不容易携带。本发明创新性的使用弹射小球的方法进行科氏加速进行实验演示。不但减轻了实验仪器的重量，使仪器使用的地点范围限制大大降低，且使用小球可以更直观地观察科氏加速度对运动物体的持续影响与运动轨迹。

Claims (1)

1.科氏加速度演示仪，其特征在于设有驱动单元和演示单元；

所述驱动单元和演示单元设有下电动机、传动轴圆锥齿轮、下电动机圆锥齿轮、传动轴正齿轮、中心轴正齿轮、传动轴、中心轴、十字架型齿轮、转盘盖、转盘、底座、上电动机、标准齿轮、标准齿条、活塞、栓、进球装置、弹射装置、开关底座、触碰壁；

所述下电动机固定在底座上，下电动机圆锥齿轮固定在下电动机上，传动轴圆锥齿轮与下电动机圆锥齿轮相啮合，传动轴正齿轮与传动轴圆锥齿轮固定在传动轴的两端，中心轴正齿轮与传动轴正齿轮相啮合，中心轴正齿轮与十字架型齿轮固定在中心轴的两端，转盘盖通过十字架型齿轮与转动装置进行固定，转盘固定在转盘盖上；

所述上电动机固定在转盘盖上，标准齿条固定在转盘盖上，标准齿条与活塞相连通过栓进行配合，活塞与进球装置相配合，使活塞在进球装置中上下移动，触碰壁嵌在开关底座上，开关底座固定在转盘上，使开关底座保持在弹射装置的正对方向上；

使用压控开关装置可以通过亮灯的方式判断小球轨迹的变化：小球弹射到某个触碰壁，该触碰壁亮灯。