一種科氏加速度演示儀的制作方法
【專利摘要】一種科氏加速度演示儀，涉及加速度演示儀。設(shè)有驅(qū)動(dòng)單元和演示單元；驅(qū)動(dòng)單元設(shè)有下電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸圓錐齒輪、下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪、傳動(dòng)軸正齒輪、中心軸正齒輪、傳動(dòng)軸、中心軸、十字架型齒輪、轉(zhuǎn)盤蓋、轉(zhuǎn)盤、底座；演示單元設(shè)有上電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)盤蓋、轉(zhuǎn)盤、標(biāo)準(zhǔn)齒輪、標(biāo)準(zhǔn)齒條、活塞、栓、進(jìn)球裝置、彈射裝置、開關(guān)底座、觸碰壁。在各系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，小球由彈射裝置中被彈出，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速，打到觸碰壁的不同位置，并使相對(duì)應(yīng)的觸碰壁上的燈點(diǎn)亮，從而體現(xiàn)物體受到科里奧利力作用的效果，即演示科氏加速度的對(duì)物理運(yùn)動(dòng)的影響。不但減輕了實(shí)驗(yàn)儀器的重量，使用地點(diǎn)范圍限制降低，且可更直觀地觀察科氏加速度對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的持續(xù)影響與運(yùn)動(dòng)軌跡。
【專利說明】—種科氏加速度演示儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及加速度演示儀，尤其是涉及物體在轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系下受到科里奧利力作用時(shí)的一種科氏加速度演示儀。

【背景技術(shù)】
[0002]由理論力學(xué)可知，物體在轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系下運(yùn)動(dòng)會(huì)受到科里奧利力的作用，其運(yùn)動(dòng)從而受到科氏加速度的影響。已有的“科氏加速度”演示儀按照運(yùn)動(dòng)物體的類型通常分為皮帶式和流體式兩種，較為復(fù)雜且不易于觀測。
[0003]中國專利CN102129802A公開一種立體機(jī)械帶式科氏加速度實(shí)驗(yàn)儀，含牽連運(yùn)動(dòng)部分、相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分、機(jī)架和電器部分；由柱形帶輪、帶輪軸、雙圓環(huán)構(gòu)架等多種零件組成；有益效果:使得相對(duì)運(yùn)動(dòng)與牽連運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平面相互垂直，使動(dòng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)成為空間運(yùn)動(dòng)；用于顯現(xiàn)受力狀態(tài)的演示帶和驅(qū)動(dòng)帶是相互獨(dú)立的；演示帶環(huán)繞在柱形帶輪的平帶輪上，受科氏慣性力作用可在柱形帶輪上作橫向運(yùn)動(dòng)顯現(xiàn)受力狀態(tài)；增設(shè)了映視框，增強(qiáng)了視覺效果，便于觀察號(hào)電機(jī)和II號(hào)電機(jī)均采用高低速開關(guān)和正反開關(guān)控制，均可進(jìn)行高低速和正反轉(zhuǎn)操作和控制。
[0004]中國專利CN202331992U公開一種兩功能流體科氏加速度實(shí)驗(yàn)儀，含牽連運(yùn)動(dòng)部分、相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分、傳動(dòng)部分、機(jī)箱和電器五部分；由環(huán)形構(gòu)架、映射板、卡子、撐桿、連接架、轉(zhuǎn)盤、水泵、軟管、注水閥、回水管、主傳動(dòng)裝置、直流電機(jī)、機(jī)架等組成；實(shí)驗(yàn)時(shí)上部雙管路演示實(shí)驗(yàn)的是立體科氏加速度實(shí)驗(yàn)儀的工作狀態(tài)，下部雙管路演示實(shí)驗(yàn)的平面科氏加速度實(shí)驗(yàn)儀的工作狀態(tài)；映射板為白色，圍繞在5個(gè)撐桿上，呈半圓形，除了襯托著軟管外還用于增強(qiáng)視覺效果；科氏加速度實(shí)驗(yàn)儀的種類和類型得以齊全和完善。
[0005]中國專利CN201927245U公開一種立體機(jī)械帶式科氏加速度實(shí)驗(yàn)儀，含牽連運(yùn)動(dòng)部分、相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分、機(jī)架和電器部分；由柱形帶輪、帶輪軸、雙圓環(huán)構(gòu)架、帶輪軸螺母、卡子、映射框、映射框撐桿、固定螺母、演示帶、驅(qū)動(dòng)帶、卡子間隔套、配重、II號(hào)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)帶帶輪、主傳動(dòng)連接器、主傳動(dòng)裝置、I號(hào)電機(jī)、減速器、高低速開關(guān)、正反轉(zhuǎn)開關(guān)、主電機(jī)帶輪、電機(jī)架、V型帶、加強(qiáng)板、主傳動(dòng)帶輪、主傳動(dòng)固定座、主傳動(dòng)固定螺母、機(jī)架、機(jī)箱和調(diào)平螺釘組成；有益效果:使得相對(duì)運(yùn)動(dòng)與牽連運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平面相互垂直，使動(dòng)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)成為空間運(yùn)動(dòng)；用于顯現(xiàn)受力狀態(tài)的演示帶和驅(qū)動(dòng)帶是相互獨(dú)立的；演示帶環(huán)繞在柱形帶輪的平帶輪上，受科氏慣性力作用可在柱形帶輪上作橫向運(yùn)動(dòng)顯現(xiàn)受力狀態(tài)；增設(shè)了映視框，增強(qiáng)了視覺效果，便于觀察；I號(hào)電機(jī)和II號(hào)電機(jī)均采用高低速開關(guān)和正反開關(guān)控制，均可進(jìn)行高低速和正反轉(zhuǎn)操作和控制。
[0006]大學(xué)本科力學(xué)類課目中質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)章節(jié)內(nèi)的非慣性系、慣性力概念是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)該章知識(shí)時(shí)，不能很好地理解所學(xué)內(nèi)容，直觀的演示會(huì)使教學(xué)獲得更大的成功并讓學(xué)生更容易理解所學(xué)內(nèi)容。但現(xiàn)有的科氏加速度演示儀多采用皮帶或流體作為演示道具，流體演示儀器需要運(yùn)用塑膠管、水龍頭等設(shè)備(Levi，F(xiàn).A.,A New Look forCor1lis, Physics Teacher, v26n8p508-09Nov 1988),在課上做實(shí)驗(yàn)時(shí)極為不方便。且現(xiàn)有的科氏加速度(或慣性力)實(shí)驗(yàn)儀主要是平面的，即相對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)均在一個(gè)平面內(nèi)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的科氏加速度演示儀所存在的上述缺點(diǎn)，提供科氏加速度演示儀。
[0008]本實(shí)用新型設(shè)有驅(qū)動(dòng)單元和演示單元；
[0009]所述驅(qū)動(dòng)單元設(shè)有下電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸圓錐齒輪、下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪、傳動(dòng)軸正齒輪、中心軸正齒輪、傳動(dòng)軸、中心軸、十字架型齒輪、轉(zhuǎn)盤蓋、轉(zhuǎn)盤、底座；
[0010]所述演示單元設(shè)有上電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)盤蓋、轉(zhuǎn)盤、標(biāo)準(zhǔn)齒輪、標(biāo)準(zhǔn)齒條、活塞、栓、進(jìn)球裝置、彈射裝置、開關(guān)底座、觸碰壁；
[0011]所述下電動(dòng)機(jī)固定在底座上，下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪固定在下電動(dòng)機(jī)上，傳動(dòng)軸圓錐齒輪與下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪相嚙合，傳動(dòng)軸正齒輪與傳動(dòng)軸圓錐齒輪固定在傳動(dòng)軸的兩端，中心軸正齒輪與傳動(dòng)軸正齒輪相嚙合，中心軸正齒輪與十字架型齒輪固定在中心軸的兩端，轉(zhuǎn)盤蓋通過十字架型齒輪與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行固定，轉(zhuǎn)盤固定在轉(zhuǎn)盤蓋上；
[0012]所述上電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)盤蓋上，標(biāo)準(zhǔn)齒條固定在轉(zhuǎn)盤蓋上，標(biāo)準(zhǔn)齒條與活塞相連通過栓進(jìn)行配合，活塞與進(jìn)球裝置相配合，使活塞可以在進(jìn)球裝置中上下移動(dòng)，觸碰壁嵌在開關(guān)底座上，開關(guān)底座固定在轉(zhuǎn)盤上，使開關(guān)底座保持在彈射裝置的正對(duì)方向上。
[0013]本實(shí)用新型由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，二級(jí)齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤按照可變速度轉(zhuǎn)動(dòng)，為小球創(chuàng)建了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)非慣性實(shí)驗(yàn)空間；通過齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活塞，將小球送入彈簧彈射裝置的彈射軌道；通過繼電器控制彈射通道上彈簧的收放，將彈射裝置中的小球彈出，不同的轉(zhuǎn)速小球打到觸碰壁的不同位置，使對(duì)應(yīng)的觸碰壁上的燈點(diǎn)亮，從而體現(xiàn)出科氏加速度的作用效果；小球與觸碰壁接觸掉落后滾動(dòng)到轉(zhuǎn)盤最低端，由繼電器控制豎直方向彈簧的收放，從而將小球再次送到彈射裝置中，以便進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。
[0014]本實(shí)用新型通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)建立非慣性參考系，根據(jù)胡克定律利用彈簧改變小球發(fā)射速度，學(xué)生通過肉眼可直接觀測演示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
[0015]本實(shí)用新型利用簡單的機(jī)械模型對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)非慣性參考系中運(yùn)動(dòng)物體受到科里奧利力即“科氏加速度”的影響進(jìn)行直觀的演示，使學(xué)生更好地理解相關(guān)物理概念。利用非慣性系的不同轉(zhuǎn)速和小球的不同發(fā)射速度展示小球不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，學(xué)生可直觀感受較難理解的非慣性系和慣性力等物理概念，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而加深對(duì)相關(guān)物理概念的理解。
[0016]本實(shí)用新型是一種運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及物體在轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性系下受到科里奧利力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)；含驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)；由底座、進(jìn)球及彈射裝置、轉(zhuǎn)盤等多種零件組成。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為電機(jī)驅(qū)動(dòng):電機(jī)采用高低速開關(guān)和正反開關(guān)控制，為其它裝置提供動(dòng)力。傳動(dòng)系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成:二級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，由二級(jí)齒輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤按照一定可變速度轉(zhuǎn)動(dòng)，為小球創(chuàng)建了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的非慣性實(shí)驗(yàn)空間；齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)，即通過齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活塞，將小球送入彈簧彈射裝置的彈射軌道。執(zhí)行系統(tǒng)分為彈射系統(tǒng)和回收系統(tǒng):彈射系統(tǒng)主要由繼電器組成，繼電器通過控制彈射通道上彈簧的收放，實(shí)現(xiàn)小球的彈出；回收系統(tǒng)則由弧面轉(zhuǎn)盤組成，小球與觸碰壁接觸掉落后滾動(dòng)到弧面轉(zhuǎn)盤最低端，通過齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)再次傳送到彈射裝置中。實(shí)際效果:在各系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，小球由彈射裝置中被彈出，根據(jù)不同的轉(zhuǎn)速，打到觸碰壁的不同位置，并使相對(duì)應(yīng)的觸碰壁上的燈點(diǎn)亮，從而體現(xiàn)出物體受到科里奧利力作用的效果，即演示科氏加速度的對(duì)物理運(yùn)動(dòng)的影響；而回收系統(tǒng)的存在，可保證實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為圖1的A部局部放大示意圖。
[0019]圖3為圖1的B部局部放大示意圖。
[0020]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的左視結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]參見圖1?4，本實(shí)用新型實(shí)施例設(shè)有驅(qū)動(dòng)單元和演示單元；所述驅(qū)動(dòng)單元設(shè)有下電動(dòng)機(jī)9、傳動(dòng)軸圓錐齒輪7、下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪8、傳動(dòng)軸正齒輪6、中心軸正齒輪19、傳動(dòng)軸5、中心軸20、十字架型齒輪18、轉(zhuǎn)盤蓋17、轉(zhuǎn)盤3、底座4 ;所述演示單元設(shè)有上電動(dòng)機(jī)
14、轉(zhuǎn)盤蓋17、轉(zhuǎn)盤3、標(biāo)準(zhǔn)齒輪15、標(biāo)準(zhǔn)齒條16、活塞12、栓13、進(jìn)球裝置10、彈射裝置11、開關(guān)底座2、觸碰壁I。
[0022]所述下電動(dòng)機(jī)9固定在底座4上，下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪8固定在下電動(dòng)機(jī)9上，傳動(dòng)軸圓錐齒輪7與下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪8相嚙合，傳動(dòng)軸正齒輪6與傳動(dòng)軸圓錐齒輪7固定在傳動(dòng)軸5的兩端，中心軸正齒輪19與傳動(dòng)軸正齒輪6相嚙合，中心軸正齒輪19與十字架型齒輪18固定在中心軸20的兩端，轉(zhuǎn)盤蓋17通過十字架型齒輪18與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行固定，轉(zhuǎn)盤3固定在轉(zhuǎn)盤蓋17上。所述上電動(dòng)機(jī)14固定在轉(zhuǎn)盤蓋17上，標(biāo)準(zhǔn)齒條16固定在轉(zhuǎn)盤蓋17上，標(biāo)準(zhǔn)齒條16與活塞12相連通過栓13進(jìn)行配合，活塞12與進(jìn)球裝置10相配合，使活塞12可以在進(jìn)球裝置10中上下移動(dòng)，觸碰壁I嵌在開關(guān)底座2上，開關(guān)底座2固定在轉(zhuǎn)盤3上，使開關(guān)底座2保持在彈射裝置11的正對(duì)方向上。
[0023]本實(shí)用新型由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，二級(jí)齒輪進(jìn)行傳動(dòng)，從而帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤按照可變速度轉(zhuǎn)動(dòng)，為小球創(chuàng)建了一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)非慣性實(shí)驗(yàn)空間；通過齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)活塞，將小球送入彈簧彈射裝置的彈射軌道；通過繼電器控制彈射通道上彈簧的收放，將彈射裝置中的小球彈出，不同的轉(zhuǎn)速小球打到觸碰壁的不同位置，使對(duì)應(yīng)的觸碰壁上的燈點(diǎn)亮，從而體現(xiàn)出科氏加速度的作用效果；小球與觸碰壁接觸掉落后滾動(dòng)到轉(zhuǎn)盤最低端，由繼電器控制豎直方向彈簧的收放，從而將小球再次送到彈射裝置中，以便進(jìn)行下一次實(shí)驗(yàn)。
[0024]由于轉(zhuǎn)盤與小球在轉(zhuǎn)動(dòng)，肉眼很難看出科氏加速度對(duì)小球運(yùn)動(dòng)軌跡的影響。使用壓控開關(guān)裝置可以通過亮燈的方式判斷小球軌跡的變化:小球彈射到某個(gè)觸碰壁，該觸碰壁亮燈。當(dāng)轉(zhuǎn)盤以正向高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，小球彈到第I觸碰壁上；當(dāng)轉(zhuǎn)盤以正向低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，小球彈到第2觸碰壁上；當(dāng)轉(zhuǎn)盤不旋轉(zhuǎn)時(shí)，小球彈到第3觸碰壁上；當(dāng)轉(zhuǎn)盤以反向低速旋轉(zhuǎn)時(shí)，小球彈到第4觸碰壁上；當(dāng)轉(zhuǎn)盤以反向高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，小球彈到第5觸碰壁上。相較已有的科氏加速度演示儀，本實(shí)用新型可以更直觀顯示出物體經(jīng)科氏加速度影響后的位置改變狀態(tài)，相較流體與帶狀裝置更加直觀。
[0025]本實(shí)用新型通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)建立非慣性參考系，根據(jù)胡克定律利用彈簧改變小球發(fā)射速度，學(xué)生通過肉眼可直接觀測演示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。
[0026]本實(shí)用新型利用簡單的機(jī)械模型對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)非慣性參考系中運(yùn)動(dòng)物體受到科里奧利力即“科氏加速度”的影響進(jìn)行直觀的演示，使學(xué)生更好地理解相關(guān)物理概念。利用非慣性系的不同轉(zhuǎn)速和小球的不同發(fā)射速度展示小球不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，學(xué)生可直觀感受較難理解的非慣性系和慣性力等物理概念，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而加深對(duì)相關(guān)物理概念的理解。
[0027]用簡單的機(jī)械模型對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)非慣性參考系中運(yùn)動(dòng)物體受到科里奧利力即“科氏加速度”的影響進(jìn)行直觀的演示，以便更好地理解相關(guān)物理概念。利用非慣性系的不同轉(zhuǎn)速和小球的不同發(fā)射速度展示小球不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，使學(xué)生直觀感受較難理解的非慣性系和慣性力等物理概念，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而加深其對(duì)相關(guān)物理概念的理解。現(xiàn)有的科氏加速度演示儀多采用立體帶式或流體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，體型笨重且不容易攜帶。本實(shí)用新型創(chuàng)新性的使用彈射小球的方法進(jìn)行科氏加速進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示。不但減輕了實(shí)驗(yàn)儀器的重量，使儀器使用的地點(diǎn)范圍限制大大降低，且使用小球可以更直觀地觀察科氏加速度對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的持續(xù)影響與運(yùn)動(dòng)軌跡。
【權(quán)利要求】
1.一種科氏加速度演示儀，其特征在于設(shè)有驅(qū)動(dòng)單元和演示單元； 所述驅(qū)動(dòng)單元設(shè)有下電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸圓錐齒輪、下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪、傳動(dòng)軸正齒輪、中心軸正齒輪、傳動(dòng)軸、中心軸、十字架型齒輪、轉(zhuǎn)盤蓋、轉(zhuǎn)盤、底座； 所述演示單元設(shè)有上電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)盤蓋、轉(zhuǎn)盤、標(biāo)準(zhǔn)齒輪、標(biāo)準(zhǔn)齒條、活塞、栓、進(jìn)球裝置、彈射裝置、開關(guān)底座、觸碰壁； 所述下電動(dòng)機(jī)固定在底座上，下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪固定在下電動(dòng)機(jī)上，傳動(dòng)軸圓錐齒輪與下電動(dòng)機(jī)圓錐齒輪相嚙合，傳動(dòng)軸正齒輪與傳動(dòng)軸圓錐齒輪固定在傳動(dòng)軸的兩端，中心軸正齒輪與傳動(dòng)軸正齒輪相嚙合，中心軸正齒輪與十字架型齒輪固定在中心軸的兩端，轉(zhuǎn)盤蓋通過十字架型齒輪與轉(zhuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行固定，轉(zhuǎn)盤固定在轉(zhuǎn)盤蓋上； 所述上電動(dòng)機(jī)固定在轉(zhuǎn)盤蓋上，標(biāo)準(zhǔn)齒條固定在轉(zhuǎn)盤蓋上，標(biāo)準(zhǔn)齒條與活塞相連通過栓進(jìn)行配合，活塞與進(jìn)球裝置相配合，使活塞在進(jìn)球裝置中上下移動(dòng)，觸碰壁嵌在開關(guān)底座上，開關(guān)底座固定在轉(zhuǎn)盤上，使開關(guān)底座保持在彈射裝置的正對(duì)方向上。
【文檔編號(hào)】G09B23/10GK204087627SQ201420667415
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】穆瑞, 肖嘯, 劉玥, 李博, 萬珪琰 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)