[实用新型]一种便携式刚体转动惯量教学演示仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种物理教学实验仪器，尤其涉及一种便携式转动惯量教学演示仪。 

背景技术

转动惯量是描述物体在转动过程中其惯性大小的物理量，它与物体的质量分布及转轴位置有关。正确理解和测定物体的转动惯量，在工程技术中有着十分重要的意义。大学物理教学中，物体的转动惯量是学生在大学期间接触的第一个新的物理概念，讲授时概念十分抽象，计算公式比较复杂，学生不易理解接受。 

教师们在课堂教学活动中不断对教学模式与方法进行改进，以便学生容易理解转动惯量的概念，最好的方法就是课堂演示实验。现有的转动惯量实验仪，一般由三个独立的部分构成：物体转动平台、计时系统和被测物体。刚体转动平台一般包括由铝质大圆盘和三足支架。圆盘中心装有铝质轮毂，轮毂内装有滚珠轴承，滚珠轴承安装在轮轴上，可使大圆盘绕轮轴自由转动，轮轴水平固定在三足支架上。三足用来调节转动平台的水平，使转动平台的中轴线与三足支架的重合。计时系统一般可选用秒表或应用霍尔开关传感器结合计数计时多功能毫秒仪自动记录物体在一定转矩作用下，转过角位移的时刻，测定物体转动时的角加速度和物体的转动惯量。被测物体一般选硬度大的材料，摩擦力小且不易变形。 

然而，使用上述实验仪，被测物体转动惯量的大小需要通过计时器计时后比较才可获得，没有直观对比性，学生不易立刻明确转动惯量的根本内涵；此 外，该类实验仪一般体积较大，不易搬动，因此使用范围局限于实验室，不利于课堂理论教学。 

本实用新型正是有鉴于此，创造性地设计出了一种新型便携式刚体转动惯量教学演示仪，直观的感受转动惯量的物理内涵。 

实用新型内容

本实用新型的主要目的旨在提供一种新型便携式刚体转动惯量教学演示仪，外观小巧，利用重力使物体自然下滑的基本原理直观的演示转动惯量的物理内涵。该演示仪包括仪器主体部分与四个同质量的配件，材料主要使用镍铬不锈钢或铝合金。 

主体部分：一个套筒式可伸缩的钢管4，底部装有吸盘3，可让钢管在平面上竖直站立。旋钮2用来调节套筒式可伸缩钢管4的高度。钢管顶部连有两个平台6，平台用合页与钢管连在一起。携带时平台可以折叠在钢管两侧，工作状态时可展成一个平台(如图2的6)。平台上表面的中轴线有一个凹槽，线径宽度6mm。两个平台的外侧各焊有一个螺旋轨道1，由角接连接，可使螺旋轨道在平台外侧旋转。螺旋轨道凹槽线径宽度6mm。携带时螺旋轨道可成一个圆盘，固定侧立在平台外侧；工作状态时圆盘可向外倾倒90度，将轨道展成螺旋状盘旋向下，用吸扣固定在平面上。 

配件部分：四个质量相同的配件包括两个圆柱和两个圆球；其中两个圆柱为两个截面形状不同的圆柱，其中一个圆柱为用不锈钢材料制备的空心圆柱(截面如图3(a))，另一个圆柱为用铝合金材料制备的实心圆柱；两个圆球为具有相同直径的两个圆球，其中一个圆球为用不锈钢材料制备的空心圆球(截面如图3(b))，另一个圆球为用铝合金材料制备的实心圆球。两个圆柱母线长均为5mm，两个圆球直径均为5mm。 

螺旋轨道在平台两侧，由演示仪的高度决定轨道的倾斜角，控制物体下滚的速度，外端附有吸盘，用以固定轨道。任意两个配件同时由轨道顶端在重力作用下在轨道上做无滑动滚动，先到达底端的配件其转动惯量小，从而利用比较法直观的展示了转动惯量的内涵。 

该转动惯量演示仪的设计实现了任一可滚动的物体转动惯量的直观演示，具有结构简单、易于携带、操作方便、省时省力的优点，通过被测物体在螺旋轨道滚动时间直观对比不同质量分布的物体的转动惯量的大小，适于在各高校物理教学中广泛应用。 

附图说明

图1是本实用新型的刚体转动惯量教学演示仪的携带时的展示图； 

图2是本实用新型的刚体转动惯量教学演示仪在使用状态下的示意图。 

图3是本实用新型的刚体转动惯量教学演示仪的配件的截面图。 

图3(a)圆柱形配件截面：不锈钢制成的配件中半圆形为中空，铝合金制的为实心； 

图3(b)圆球形配件截面：不锈钢制成的配件中内圆为中空，铝合金制的为实心。 

1.螺旋轨道；2.旋钮；3.吸盘；4.支柱；5.铰链；6.平台。 

具体实施方式

下面结合图1-3对本实用新型的刚体转惯量教学演示仪加以详细说明。 

该演示仪包括仪器主体部分与四个同质量的配件，材料主要使用镍铬不锈钢或铝合金。