科氏加速度演示儀的制作方法
【專利摘要】科氏加速度演示儀，涉及加速度演示儀。設有驅動單元和演示單元；驅動單元設有下電動機、傳動軸圓錐齒輪、下電動機圓錐齒輪、傳動軸正齒輪、中心軸正齒輪、傳動軸、中心軸、十字架型齒輪、轉盤蓋、轉盤、底座；演示單元設有上電動機、轉盤蓋、轉盤、標準齒輪、標準齒條、活塞、栓、進球裝置、彈射裝置、開關底座、觸碰壁。在各系統正常運行的情況下，小球由彈射裝置中被彈出，根據不同的轉速，打到觸碰壁的不同位置，并使相對應的觸碰壁上的燈點亮，從而體現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物理運動的影響。不但減輕了實驗儀器的重量，使用地點范圍限制降低，且可更直觀地觀察科氏加速度對運動物體的持續影響與運動軌跡。
【專利說明】科氏加速度演示儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及加速度演示儀，尤其是涉及物體在轉動的非慣性系下受到科里奧利力作用時的一種科氏加速度演示儀。
【背景技術】
[0002]由理論力學可知，物體在轉動的非慣性系下運動會受到科里奧利力的作用，其運動從而受到科氏加速度的影響。已有的“科氏加速度”演示儀按照運動物體的類型通常分為皮帶式和流體式兩種，較為復雜且不易于觀測。
[0003]中國專利CN102129802A公開一種立體機械帶式科氏加速度實驗儀，含牽連運動部分、相對運動部分、機架和電器部分；由柱形帶輪、帶輪軸、雙圓環構架等多種零件組成；有益效果：使得相對運動與牽連運動的運動平面相互垂直，使動點的運動成為空間運動；用于顯現受力狀態的演示帶和驅動帶是相互獨立的；演示帶環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動顯現受力狀態；增設了映視框，增強了視覺效果，便于觀察號電機和II號電機均采用高低速開關和正反開關控制，均可進行高低速和正反轉操作和控制。
[0004]中國專利CN202331992U公開一種兩功能流體科氏加速度實驗儀，含牽連運動部分、相對運動部分、傳動部分、機箱和電器五部分；由環形構架、映射板、卡子、撐桿、連接架、轉盤、水泵、軟管、注水閥、回水管、主傳動裝置、直流電機、機架等組成；實驗時上部雙管路演示實驗的是立體科氏加速度實驗儀的工作狀態，下部雙管路演示實驗的平面科氏加速度實驗儀的工作狀態；映射板為白色，圍繞在5個撐桿上，呈半圓形，除了襯托著軟管外還用于增強視覺效果；科氏加速度實驗儀的種類和類型得以齊全和完善。
[0005]中國專利CN201927245U公開一種立體機械帶式科氏加速度實驗儀，含牽連運動部分、相對運動部分、機架和電器部分；由柱形帶輪、帶輪軸、雙圓環構架、帶輪軸螺母、卡子、映射框、映射框撐桿、固定螺母、演示帶、驅動帶、卡子間隔套、配重、II號電機、驅動帶帶輪、主傳動連接器、主傳動裝置、I號電機、減速器、高低速開關、正反轉開關、主電機帶輪、電機架、V型帶、加強板、主傳動帶輪、主傳動固定座、主傳動固定螺母、機架、機箱和調平螺釘組成；有益效果：使得相對運動與牽連運動的運動平面相互垂直，使動點的運動成為空間運動；用于顯現受力狀態的演示帶和驅動帶是相互獨立的；演示帶環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動顯現受力狀態；增設了映視框，增強了視覺效果，便于觀察；I號電機和II號電機均采用高低速開關和正反開關控制，均可進行高低速和正反轉操作和控制。
[0006]大學本科力學類課目中質點動力學章節內的非慣性系、慣性力概念是教學的重點和難點。學生們在學習該章知識時，不能很好地理解所學內容，直觀的演示會使教學獲得更大的成功并讓學生更容易理解所學內容。但現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用塑膠管、水龍頭等設備（Levi，F. A. ,A New Look forCoriolis, Physics Teacher, v26n8p508-09Nov 1988),在課上做實驗時極為不方便。且現有的科氏加速度(或慣性力)實驗儀主要是平面的，即相對運動和牽連運動均在一個平面內。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于針對現有的科氏加速度演示儀所存在的上述缺點，提供科氏加速度演示儀。
[0008]本發明設有驅動單元和演示單元；
[0009]所述驅動單元設有下電動機、傳動軸圓錐齒輪、下電動機圓錐齒輪、傳動軸正齒輪、中心軸正齒輪、傳動軸、中心軸、十字架型齒輪、轉盤蓋、轉盤、底座；
[0010]所述演示單元設有上電動機、轉盤蓋、轉盤、標準齒輪、標準齒條、活塞、栓、進球裝置、彈射裝置、開關底座、觸碰壁；
[0011]所述下電動機固定在底座上，下電動機圓錐齒輪固定在下電動機上，傳動軸圓錐齒輪與下電動機圓錐齒輪相嚙合，傳動軸正齒輪與傳動軸圓錐齒輪固定在傳動軸的兩端，中心軸正齒輪與傳動軸正齒輪相嚙合，中心軸正齒輪與十字架型齒輪固定在中心軸的兩端，轉盤蓋通過十字架型齒輪與轉動裝置進行固定，轉盤固定在轉盤蓋上；
[0012]所述上電動機固定在轉盤蓋上，標準齒條固定在轉盤蓋上，標準齒條與活塞相連通過栓進行配合，活塞與進球裝置相配合，使活塞可以在進球裝置中上下移動，觸碰壁嵌在開關底座上，開關底座固定在轉盤上，使開關底座保持在彈射裝置的正對方向上。
[0013]本發明由電機驅動，二級齒輪進行傳動，從而帶動轉盤按照可變速度轉動，為小球創建了一個轉動非慣性實驗空間；通過齒輪齒條傳動機構帶動活塞，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，不同的轉速小球打到觸碰壁的不同位置，使對應的觸碰壁上的燈點亮，從而體現出科氏加速度的作用效果；小球與觸碰壁接觸掉落后滾動到轉盤最低端，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，以便進行下一次實驗。
[0014]本發明通過轉盤轉動機構建立非慣性參考系，根據胡克定律利用彈簧改變小球發射速度，學生通過肉眼可直接觀測演示實驗的結果。
[0015]本發明利用簡單的機械模型對轉動非慣性參考系中運動物體受到科里奧利力即“科氏加速度”的影響進行直觀的演示，使學生更好地理解相關物理概念。利用非慣性系的不同轉速和小球的不同發射速度展示小球不同的運動軌跡，學生可直觀感受較難理解的非慣性系和慣性力等物理概念，有助于激發學生的學習興趣，進而加深對相關物理概念的理解。
[0016]本發明是一種運動學和動力學實驗裝置，特別涉及物體在轉動的非慣性系下受到科里奧利力作用時的運動；含驅動系統、傳動系統和執行系統；由底座、進球及彈射裝置、轉盤等多種零件組成。驅動系統為電機驅動:電機采用高低速開關和正反開關控制，為其它裝置提供動力。傳動系統由兩個子系統組成:二級齒輪傳動系統，由二級齒輪帶動轉盤按照一定可變速度轉動，為小球創建了一個轉動的非慣性實驗空間；齒輪齒條傳動系統，即通過齒輪齒條傳動機構帶動活塞，將小球送入彈簧彈射裝置的彈射軌道。執行系統分為彈射系統和回收系統:彈射系統主要由繼電器組成，繼電器通過控制彈射通道上彈簧的收放，實現小球的彈出；回收系統則由弧面轉盤組成，小球與觸碰壁接觸掉落后滾動到弧面轉盤最低端，通過齒輪齒條傳動系統再次傳送到彈射裝置中。實際效果：在各系統正常運行的情況下，小球由彈射裝置中被彈出，根據不同的轉速，打到觸碰壁的不同位置，并使相對應的觸碰壁上的燈點亮，從而體現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物理運動的影響；而回收系統的存在，可保證實驗的連續性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖I為本發明實施例的主視結構示意圖。
[0018]圖2為圖I的A部局部放大示意圖。
[0019]圖3為圖I的B部局部放大示意圖。
[0020]圖4為本發明實施例的左視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]參見圖I?4，本發明實施例設有驅動單元和演示單元；所述驅動單元設有下電動機9、傳動軸圓錐齒輪7、下電動機圓錐齒輪8、傳動軸正齒輪6、中心軸正齒輪19、傳動軸5、中心軸20、十字架型齒輪18、轉盤蓋17、轉盤3、底座4 ;所述演示單元設有上電動機14、轉盤蓋17、轉盤3、標準齒輪15、標準齒條16、活塞12、栓13、進球裝置10、彈射裝置11、開關底座2、觸碰壁I。
[0022]所述下電動機9固定在底座4上，下電動機圓錐齒輪8固定在下電動機9上，傳動軸圓錐齒輪7與下電動機圓錐齒輪8相嚙合，傳動軸正齒輪6與傳動軸圓錐齒輪7固定在傳動軸5的兩端，中心軸正齒輪19與傳動軸正齒輪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，轉盤蓋17通過十字架型齒輪18與轉動裝置進行固定，轉盤3固定在轉盤蓋17上。所述上電動機14固定在轉盤蓋17上，標準齒條16固定在轉盤蓋17上，標準齒條16與活塞12相連通過栓13進行配合，活塞12與進球裝置10相配合，使活塞12可以在進球裝置10中上下移動，觸碰壁I嵌在開關底座2上，開關底座2固定在轉盤3上，使開關底座2保持在彈射裝置11的正對方向上。
[0023]本發明由電機驅動，二級齒輪進行傳動，從而帶動轉盤按照可變速度轉動，為小球創建了一個轉動非慣性實驗空間；通過齒輪齒條傳動機構帶動活塞，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，不同的轉速小球打到觸碰壁的不同位置，使對應的觸碰壁上的燈點亮，從而體現出科氏加速度的作用效果；小球與觸碰壁接觸掉落后滾動到轉盤最低端，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，以便進行下一次實驗。
[0024]由于轉盤與小球在轉動，肉眼很難看出科氏加速度對小球運動軌跡的影響。使用壓控開關裝置可以通過亮燈的方式判斷小球軌跡的變化：小球彈射到某個觸碰壁，該觸碰壁亮燈。當轉盤以正向高速旋轉時，小球彈到第I觸碰壁上；當轉盤以正向低速旋轉時，小球彈到第2觸碰壁上；當轉盤不旋轉時，小球彈到第3觸碰壁上；當轉盤以反向低速旋轉時，小球彈到第4觸碰壁上；當轉盤以反向高速旋轉時，小球彈到第5觸碰壁上。相較已有的科氏加速度演示儀，本發明可以更直觀顯示出物體經科氏加速度影響后的位置改變狀態，相較流體與帶狀裝置更加直觀。
[0025]本發明通過轉盤轉動機構建立非慣性參考系，根據胡克定律利用彈簧改變小球發射速度，學生通過肉眼可直接觀測演示實驗的結果。
[0026]本發明利用簡單的機械模型對轉動非慣性參考系中運動物體受到科里奧利力即“科氏加速度”的影響進行直觀的演示，使學生更好地理解相關物理概念。利用非慣性系的不同轉速和小球的不同發射速度展示小球不同的運動軌跡，學生可直觀感受較難理解的非慣性系和慣性力等物理概念，有助于激發學生的學習興趣，進而加深對相關物理概念的理解。
[0027]用簡單的機械模型對轉動非慣性參考系中運動物體受到科里奧利力即“科氏加速度”的影響進行直觀的演示，以便更好地理解相關物理概念。利用非慣性系的不同轉速和小球的不同發射速度展示小球不同的運動軌跡，使學生直觀感受較難理解的非慣性系和慣性力等物理概念，有助于激發學生的學習興趣，進而加深其對相關物理概念的理解。現有的科氏加速度演示儀多采用立體帶式或流體進行實驗演示，體型笨重且不容易攜帶。本發明創新性的使用彈射小球的方法進行科氏加速進行實驗演示。不但減輕了實驗儀器的重量，使儀器使用的地點范圍限制大大降低，且使用小球可以更直觀地觀察科氏加速度對運動物體的持續影響與運動軌跡。
【權利要求】
1.科氏加速度演示儀，其特征在于設有驅動單元和演示單元； 所述驅動單元設有下電動機、傳動軸圓錐齒輪、下電動機圓錐齒輪、傳動軸正齒輪、中心軸正齒輪、傳動軸、中心軸、十字架型齒輪、轉盤蓋、轉盤、底座； 所述演示單元設有上電動機、轉盤蓋、轉盤、標準齒輪、標準齒條、活塞、栓、進球裝置、彈射裝置、開關底座、觸碰壁； 所述下電動機固定在底座上，下電動機圓錐齒輪固定在下電動機上，傳動軸圓錐齒輪與下電動機圓錐齒輪相嚙合，傳動軸正齒輪與傳動軸圓錐齒輪固定在傳動軸的兩端，中心軸正齒輪與傳動軸正齒輪相嚙合，中心軸正齒輪與十字架型齒輪固定在中心軸的兩端，轉盤蓋通過十字架型齒輪與轉動裝置進行固定，轉盤固定在轉盤蓋上； 所述上電動機固定在轉盤蓋上，標準齒條固定在轉盤蓋上，標準齒條與活塞相連通過栓進行配合，活塞與進球裝置相配合，使活塞在進球裝置中上下移動，觸碰壁嵌在開關底座上，開關底座固定在轉盤上，使開關底座保持在彈射裝置的正對方向上。
【文檔編號】G09B23/10GK104299485SQ201410628657
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月10日 優先權日:2014年11月10日
【發明者】穆瑞, 肖嘯, 劉玥, 李博, 萬珪琰 申請人:廈門大學