一种角动量守恒物理实验演示教具

摘要

本实用新型提供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，该角动量守恒物理实验演示教具，通过上述结构件的组成使在教学演示中有直观的演示教具，另外，通过PLC可实现电机的自主控制，使其实验操作更加简单，可重复演示性变高，并且通过PLC控制反馈模块控制驱动电机，随着电机的转速线性变化，更加直观的观察角动量的变化，并且通过蓝牙传输的方式使其相应参数显示在计算机屏上，利于数据建模。

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是物理器具领域，具体的说是一种角动量守恒物理实验演示教具。

背景技术

角动量守恒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；反映不受外力作用或所受诸外力对某定点（或定轴）的合力矩始终等于零的质点和质点系围绕该点（或轴）运动的普遍规律。

目前，所有实验室或市面销售的角动量守恒演示仪，无非三种类型：其一，手推式，即是用手将手握柄拉下时，转动连杆与钢球距转轴距离最大，人为让转动连杆与钢球快速转动，然后，用手抓住握柄上推，使转动连杆与钢球距转轴距离减小，由于转动系统合外力矩为零，角动量守恒，所以末状态转动系统角速度增大，即转速加快；其二，演示角动量守恒的方法是，一人坐在椅子上两只手拿上哑铃，让椅子转动起来，通过伸缩两只拿着哑铃的手臂来演示椅子转动的快慢，即若两只手臂伸展转动变慢，两只手臂缩回转动加块；第三：一人站在一能够自由转动的转盘上，手举以能够自由转动的转轮，然后，转动被举起的转轮，自由转盘就会产生与转轮转动方向相反的转动。如上三种均为演示实验仪，且均为被动演示，目前，没有简单轻便，能可重复实验，能电子遥控，并能多维度实验的角动量守恒物理实验演示教具。

现有技术中没有直观的演示教具，市面上的教具多为自制和手动演示，无法实现电子遥控，无法实现多维度演示，CN107123344A公开了一种新型角动量守恒演示与定量测定实验仪，其发明采用了上轮盘套接于圆形小电机转轴上，圆形小电机带动上轮盘转动，在底座上设置内外圆环供电，内外圆环导电刷随下轮盘转动，导电刷在内外圆环上接触滑动传导电流为电机供电，电控箱可为圆形小电机设置转速以及采用光电门获得下轮盘转速，但是无法实现电机自主控制，而且，可以看出，其物理结构相当简单，其演示完全靠电控数据显示结果，并不能肉眼直观可见。

本实用新型在此基础上，不但能够实现电机自主控制、电控显示数据，还能在直观上观察实验效果。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是；提供一种角动量守恒物理实验演示教具，解决角动量守恒物理实验演示时，无法直观展现角动量守恒物理实验多维度演示弊端。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供了一种角动量守恒物理实验演示教具，配重底座顶端竖直设有丝杆，所述丝杆套设有与其构成螺旋传动连接的内转子电机二，所述内转子电机二壳体上设置有外转子电机，所述外转子电机外侧设置有通过其驱动并沿所述丝杆轴线转动的重心轮；

所述配重底座顶端设置有沿所述丝杆轴线转动并相对轴线对称设置的两转动支架，在每个所述转动支架顶端分别设有连接件，两所述连接件转轴同轴布置并且在二者之间沿其转轴转动安装有摆动盘，所述摆动盘内壁设置有上转动盘，所述上转动盘通过设置在所述摆动盘上的内转子电机一进行驱转。

作为优选，所述演示教具还包括控制反馈模块，所述外转子电机、所述内转子电机一以及所述内转子电机二均通过蓝牙无线传输的方式与所述控制反馈模块电连。

作为优选，所述控制反馈模块包括蓝牙模块、显示屏、控制电路以及操作面板，所述蓝牙模块、所述显示屏以及所述操作面板均与控制电路电连。

作为优选，所述外转子电机、所述内转子电机一以及所述内转子电机二均采用PLC进行起停、转速、转向以及转角控制。

作为优选，所述上转动盘为多个圆周均匀阵列的扇形板组成。

本实用新型的有益效果是，通过配重底座顶端竖直设有的丝杆，丝杆套设有与其构成螺旋传动连接的内转子电机二，内转子电机二上设置的外转子电机，外转子电机外侧设置的通过其驱动并能够沿丝杆轴线转动的重心轮，以及，配重底座顶端设置的沿丝杆轴线转动并相对轴线对称设置的两转动支架，在每个转动支架顶端分别设有连接件，两连接件转轴同轴布置并且在二者之间沿其转轴转动安装有摆动盘，摆动盘内壁设置有上转动盘，上转动盘通过设置在摆动盘上的内转子电机一进行驱转，通过以上所述结构以及驱动形式使在其实验演示过程中，可直观的的感受到角动量守恒原理，因此，解决了市面上没有直观的演示教具的弊端；

另外装置的运动采用蓝牙无线传输的方式驱动电机，并通过PLC可实现电机的自主控制，使其实验操作更加简单，可重复演示性变高，并且通过PLC控制反馈模块控制驱动电机，随着电机的转速线性变化，更加直观的观察角动量的变化，并且通过蓝牙传输的方式使其相应参数显示在计算机屏上，利于数据建模。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例所提供的总体结构示意图；

图2是图1的主视结构示意图；

图中：1- 配重底座、2-重心轮、3-外转子电机、4-转动支架、5-内转子电机一、6-上转动盘、7-摆动盘、8-丝杆、9-内转子电机二、10-连接件。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。 应理解这些实施例是用于说明本实用新型而不是限制本实用新型的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

在一种具体实施例中，提供了一种角动量守恒物理实验演示教具，包括配重底盘1、重心轮2、外转子电机3、转动支架4、内转子电机一5、上转动盘6、摆动盘7、丝杆8、内转子电机二9、连接件10，配重底座1顶端竖直设有丝杆8，丝杆8套设有与其构成螺旋传动连接的内转子电机二9，内转子电机二9壳体上设置有外转子电机3，相当于内转子电机二9为外转子电机3的安装机架。外转子电机3外侧设置有通过其驱动并沿丝杆8轴线转动的重心轮2，内转子电机二9能够驱动重心轮2做竖直运动，外转子电机3能够驱动重心轮2转动。

配重底座1顶端设置有沿丝杆8轴线转动并相对轴线对称设置的两转动支架4，在每个转动支架4顶端分别设有连接件10，两连接件10转轴同轴布置并且在二者之间沿其转轴转动安装有摆动盘7，摆动盘7内壁设置有上转动盘6，通常上转动盘6采用一个中心支架与摆动盘7同轴转动连接或上转动盘6边缘滑动连接在摆动盘7内壁，也可实现同轴转动设置。并且上转动盘6通过设置在摆动盘7上的内转子电机一5进行驱转，经过以上所述结构件组成的一种角动量守恒物理实验演示教具在教学演示中，可以有直观的演示教具，另外，通过以上所述的结构，可以实验演示出反应力矩的变化影响角动量的变化，其变化如下：

1.上转动盘6转动时，摆动盘7左侧倾斜，转动支架4会逆时针转动。

2.上转动盘6转动时，摆动盘7右侧倾斜，转动支架4会顺时针转动。

3.上转动盘6转动时，摆动盘7水平放置，转动支架4会随上转动盘6旋转方向的反向进行旋转。

4.上转动盘6转动时，摆动盘7垂直放置，转动支架4会相对静止不动，达到平衡。

还可通过以上所述结构，可演示出转动惯量变化影响角速度变化关系的实验，其实验如下：

1.重心轮2顺时针转动时，转动支架4会逆时针转动。

2.重心轮2逆时针转动时，转动支架4会顺时针转动。

3.重心轮2竖直向上螺旋传动时，会减小转动惯量，转动支架4转动相对较慢。

4.重心轮2向下移动，会增加转动惯量，转动支架4转动相对较快。

另外，为了便于装置的控制及参数反馈，更加理想展示运动特性以及数字建模，本案角动量守恒物理实验演示教具还包括控制反馈模块，外转子电机3、内转子电机一5以及内转子电机二9均通过蓝牙无线传输的方式与控制反馈模块电连，其中，外转子电机3、内转子电机一5以及内转子电机二9均采用PLC进行起停、转速、转向以及转角控制。上转动盘6在内转子电机一5控制下，可实现正反转动，重心轮2在外转子电机3控制下，也可实现正反转动；重心轮2在内转子电机二9控制下，同样可实现正反转动，因此，通过蓝牙无线传输的控制方式使控制更加便捷，同时省去实体控制线更利于实验演示的观看，另外，PLC可实现电机的自主控制，使实验操作方便，可重复演示性高。

上述控制反馈模块包括蓝牙模块、显示屏、控制电路以及操作面板，蓝牙模块、显示屏以及操作面板均与控制电路电连，蓝牙模块、显示屏、控制电路以及操作面板，可使实验演示时，通过对电机的精准控制，使实验数据实时的反馈到显示屏上。

结合上述方案为了更加便于观察转动盘6和重心轮2的转动状态，上转动盘6为多个圆周均匀阵列的扇形板组成、重心轮2内部开设多个沿其周向均匀阵列的扇形孔结构。另外这样设置，也能够降低整个教具的重量，便于搬运和携带。

以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。