CN220400104U - 多功能便携式角动量演示仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种多功能便携式角动量演示仪，包括底座，底座上设有第一转动机构，第一转动机构上连接设有第二转动机构，第一转动机构的转动轴线垂直第二转动机构的转动轴线；第二转动机构上设有驱动电机和演示盘，驱动电机能够驱动演示盘绕演示盘的轴线作回转运动，演示盘的径向设有演示珠串。本实用新型的好处是方便携带，便于授课、在科普性场所进行演示；装置将角动量的矢量性和角动量守恒定律的定性演示合为一体，经过不同方式的操作，观察珠子的转动情况来判断实验结果，可以更为直观的定性验证角动量的矢量性和角动量守恒定律；转动杆的角度可以调节，能够通过不同的角度可以定性验证角动量的矢量性，所有结构间连接紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及物理教学器具技术领域，尤其是一种多功能便携式角动量演示仪。
背景技术
角动量守恒定律是物理学的普遍定律之一，反映质点和质点系围绕一点或一轴运动的普遍规律。为了提高学生们学习的兴趣，许多课堂开始用演示装置进行角动量演示，将复杂的知识转化为简单的现象，加深学生们对角动量守恒定律的认知。目前已有的角动量演示仪普遍侧重于演示角动量守恒定律，有些体积笨重，不方便携带，不适用于教师带到课堂进行演示。同时，缺少专门针对角动量的矢量性（矢量合成）进行课堂演示的仪器。
中国专利文献中，专利号为CN 202220945772.2于2022年4月22日公开了一种角动量守恒物理实验演示教具，包括配重底座、重心轮、外转子电机、转动支架、内转子电机一、上转动盘、摆动盘、丝杆、内转子电机二、连接件，通过上转动盘的转动观察和重心轮的转动观察实现对角动量的演示。其不足之处在于：1、转动支架的结构较大，包括丝杆等部件，整体结构较为臃肿，不便携带；2、重心轮和上转动盘内均设置的叶轮结构进行转动演示，但是叶轮转动过程中在转速变化的情况下，表现出的转动形状较为接近，并不能清楚的展示角动量情况，缺少辨识性。
发明内容
基于现有技术中的上述不足，本申请提供了一种多功能便携式角动量演示仪，能够演示角动量平衡和角动量的矢量性，更加直观的展示角动量情况，提高可辨识性。
本实用新型的另一个发明目的是结构简单，便于携带。
为实现上述目的，本实用新型提出以下技术方案。
一种多功能便携式角动量演示仪，包括底座，底座上设有第一转动机构，第一转动机构上连接设有第二转动机构，第一转动机构的转动轴线垂直第二转动机构的转动轴线；第二转动机构上设有驱动电机和演示盘，驱动电机能够驱动演示盘绕演示盘的轴线作回转运动，演示盘的径向设有演示珠串。驱动电机驱动演示盘做回转运动，第二转动机构锁紧，演示盘的转动速度变化会反馈到第一转动机构的转动，形成角动量平衡，在演示盘的速度变化时珠串的设置会形成不同宽度的投影，从而能够更加直观的展示角动量情况，辨识性高；通过第二转动机构能够调节驱动电机和演示盘的方位，从而能够演示角动量的矢量性，因此本申请能够演示角动量平衡和角动量的矢量性两个功能。
作为优选，演示盘上设有若干列演示珠串，演示盘的形状为圆形，若干列演示珠串绕演示盘轴线圆周阵列设置。通过演示珠串能够直观显示演示圆盘的转速情况，在演示圆盘的转速变化过程中，珠串的跨距也相应改变，演示效果好。
作为优选，不同列的演示珠串分别采用不同的颜色。进一步提高角动量演示的直观性和可辨识性。
作为优选，第一转动机构的转动轴线为竖直设置，第二转动机构的转动轴线为水平设置。方便演示盘位置的调节。
作为优选，第一转动机构包括平面轴承，平面轴承的下侧与底座固定连接，平面轴承的上侧固定设有安装盘，第二转动机构安装在安装盘上。第一转动机构连接底座，为下部支撑结构，能够在演示圆盘的转速变化时，作出相应的转动反馈，可靠演示角动量平衡。
作为优选，第二转动机构包括固定在安装盘上的固定杆，固定杆上端铰接设有转动杆，固定杆和转动杆之间设有锁紧机构；固定杆和转动杆的铰接轴线呈水平设置，驱动电机固定在转动杆上，演示盘固定在驱动电机的电机轴上，演示盘的轴线与电机轴的轴线重合。第二转动机构为杆状铰接结构，转动角度较为直观，在实际角动量演示时能够清楚反馈演示盘的具体角度，并且第二转动机构采用杆状结构，结构精简，质量轻，方便携带和使用。
作为优选，安装盘上固定设有配合驱动电机的控制器，控制器通过电路控制驱动电机的转速。通过电路自动控制驱动电机的转速，控制方便，控制器固定在安装盘上，可以作为第二转动机构的配重，提高装置整体的稳定性。
作为优选，固定杆和转动杆之间设有铰接轴，锁紧机构包括与铰接轴同轴并螺纹连接的锁紧螺栓，锁紧螺栓上设有锁紧垫片。锁紧螺栓配合锁紧垫片能够通过压紧铰接轴的方式压紧固定杆和转动杆的铰接处，形成阻尼，从而实现固定固定杆和转动杆之间的锁紧，锁紧方式可靠，操作简单。
本发明的有益效果是：1、方便携带，便于授课；2、装置将角动量的矢量性和角动量守恒定律的定性演示合为一体，经过不同方式的操作，观察珠子的转动情况来判断实验结果，可以更为直观的定性验证角动量的矢量性和角动量守恒定律；3、通过控制电路电流自动控制驱动电机的转速，控制方便、精准；4、转动杆的角度可以调节，能够通过不同的角度可以定性验证角动量的矢量性，所有结构间连接紧凑，能够更好的实现预定功能。
附图说明
图1是本实用新型一种状态的结构示意图。
图2是本实用新型另一种状态的结构示意图。
图3是图1的侧视图。
图中：底座1 底板2 支撑圆柱3 驱动电机4 演示盘5 演示珠串6 演示外环7 演示内盘8 平面轴承9 亚克力板10 安装盘11 固定杆12 转动杆13 锁紧螺栓14锁紧垫片15 控制器16。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本实用新型做进一步的描述。
实施例1，
如图1到图3所示，一种多功能便携式角动量演示仪，包括底座1，底座1上设有第一转动机构，第一转动机构上连接设有第二转动机构，第一转动机构的转动轴线垂直第二转动机构的转动轴线；具体的，第一转动机构的转动轴线为竖直设置，第二转动机构的转动轴线为水平设置。第二转动机构上设有驱动电机4和演示盘5，驱动电机4能够驱动演示盘5绕演示盘5的轴线作回转运动，演示盘5上设有演示珠串6。演示盘5上设有若干列演示珠串6，演示珠串6位于演示盘5的径向，演示盘5的形状为圆形，演示盘5包括演示外环7和与驱动电机4连接的演示内盘8，演示珠串6通过鱼线或细铁丝张紧连接在演示外环7和演示内盘8之间。若干列演示珠串6绕演示盘5轴线圆周阵列设置。不同列的演示珠串6分别采用不同的颜色。
第一转动机构包括平面轴承9，平面轴承9的下侧与底座1固定连接，平面轴承9的上侧固定设有安装盘11，第二转动机构安装在安装盘11上。本实施例中，底座1采用瓦楞纸制成，底座1包括底板2和底板2上侧的支撑圆柱3，支撑圆柱3和底板2粘接固定，平面轴承9的两侧分别固定连接有亚克力板10，亚克力板10，平面轴承9两侧的亚克力板10分别连接安装盘11下侧和支撑圆柱3上端，通过亚克力板10来提供一个较大的连接面，保证安装盘11和底座1转动连接的稳定性。安装盘11为两个圆柱一体成型的台阶型结构，安装盘11的大圆柱与亚克力板10固定连接，安装盘11的小圆柱内同轴设有定位孔。
第二转动机构包括固定在安装盘11上的固定杆12，固定杆12下端插接至定位孔内限位。固定杆12上端铰接设有转动杆13，固定杆12和转动杆13之间设有锁紧机构；固定杆12和转动杆13之间设有铰接轴，锁紧机构包括与铰接轴同轴并螺纹连接的锁紧螺栓14，锁紧螺栓14上设有锁紧垫片15。锁紧螺栓的螺帽形状为蝶形，方便操作。固定杆12和转动杆13的铰接轴线呈水平设置，驱动电机4固定在转动杆13上，演示盘5固定在驱动电机4的电机轴上，演示盘5的轴线与电机轴的轴线重合。安装盘11上固定设有配合驱动电机4的控制器16，控制器16通过电路控制驱动电机4的转速。
如图1是本申请在转动杆13和固定杆12呈180度时的结构示意图，图2是本申请在转动杆13和固定杆12呈90度夹角时的结构示意图，本申请能够通过转动杆13和固定杆12之间的角度调节，使得演示圆盘出在不同的水平位置，可以控制演示圆盘处在x、y、z轴上的任意一个方向，使验定性验证角动量的矢量性更加严谨与精细。装置整体大小、重量适中，经过粗略测量得知，整体大小大约为30cm*30cm*27cm，便于课堂使用，且可以在科技馆等科普性场所进行演示。本申请所公开的驱动电机4转速通过电路控制，较为精确，同时通过可以实现不同种转速的切换和不同角度的展示，应用效果好。
Claims (8)
1.一种多功能便携式角动量演示仪，其特征是，包括底座，底座上设有第一转动机构，第一转动机构上连接设有第二转动机构，第一转动机构的转动轴线垂直第二转动机构的转动轴线；第二转动机构上设有驱动电机和演示盘，驱动电机能够驱动演示盘绕演示盘的轴线作回转运动，演示盘上设有演示珠串。
2.根据权利要求1所述的一种多功能便携式角动量演示仪，其特征是，所述演示盘上设有若干列演示珠串，演示盘的形状为圆形，若干列演示珠串绕演示盘轴线圆周阵列设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种多功能便携式角动量演示仪，其特征是，不同列的所述演示珠串分别采用不同的颜色。
4.根据权利要求1所述的一种多功能便携式角动量演示仪，其特征是，第一转动机构的转动轴线为竖直设置，第二转动机构的转动轴线为水平设置。
5.根据权利要求1或4所述的一种多功能便携式角动量演示仪，其特征是，第一转动机构包括平面轴承，平面轴承的下侧与底座固定连接，平面轴承的上侧固定设有安装盘，第二转动机构安装在安装盘上。
6.根据权利要求5所述的一种多功能便携式角动量演示仪，其特征是，第二转动机构包括固定在安装盘上的固定杆，固定杆上端铰接设有转动杆，固定杆和转动杆之间设有锁紧机构；固定杆和转动杆的铰接轴线呈水平设置，驱动电机固定在转动杆上，演示盘固定在驱动电机的电机轴上，演示盘的轴线与电机轴的轴线重合。
7.根据权利要求5所述的一种多功能便携式角动量演示仪，其特征是，安装盘上固定设有配合驱动电机的控制器，控制器通过电路控制驱动电机的转速。
8.根据权利要求6所述的一种多功能便携式角动量演示仪，其特征是，固定杆和转动杆之间设有铰接轴，锁紧机构包括与铰接轴同轴并螺纹连接的锁紧螺栓，锁紧螺栓上设有锁紧垫片。
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