[实用新型]角动量守恒演示仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种角动量守恒现象演示仪，特别是能同时对比演示在一内力偶矩作用下，两个完全相同的承载圆盘上，放置相同质量砝码，但由于两个圆盘上的砝码位置分布不同，造成两个圆盘转速不同的宏观效果。 

背景技术

目前，公知的双盘结构的角动量守恒演示仪是由两个完全相同、共轴且能够绕同一对称轴自由旋转的圆盘，以及一根用于提供内力偶矩的弹性绳组成。在实际操作时，将弹性绳的一端挂在一个圆盘上，弹性绳的另一端挂在另一个圆盘上。然后将两个圆盘缓慢错开一定角度，这样弹性绳将发生一定的形变。此时，将位于上方的圆盘突然提起，随即弹性绳脱落，两个圆盘在弹性绳提供的瞬间内力偶矩的作用下，呈角速度大小相等，但方向相反的转动；在两个圆盘转动过程中，突然将提起的圆盘放下，随即两个圆盘相接触，两盘转动立刻停止。借此现象，来演示角动量守恒定律。 

问题是公知的这种角动量守恒演示仪，不能演示质量分布的变化，对转盘转速变化的影响。而事实上，角动量守恒现象多种多样，质量分布的变化，将影响物体的转动惯量，进而在相同的力矩作用下，角动量的变化是虽是相同的，但物体将却可以呈现不同的运动状态。 

演示实验的生命是其直观性。目前的双盘结构角动量守恒演示仪器，只能演示两个物体转动惯量完全相同时，角动量守恒带来的表观现象。 

发明内容

为了克服现有的双盘结构的角动量守恒演示仪的缺陷和不足，本实用新型提供一种角动量守恒现象演示仪，该演示仪采用两个完全相同的，有机玻璃材料制造的、开有规则分布的砝码安置槽的圆盘，圆盘的中心利用轴承各自连接一个竖直支撑轴，两轴相隔一段空间平行安置在水平底座上。圆盘的边缘采用轮齿结构，两个圆盘边缘的轮齿之间能够放置一根弹性钢片。该演示仪能够实现由于质量分布的变化，对转盘转速变化的影响，而带来的角动量守恒现象的演示。 

本实用新型解决问题所采用的技术方案是：采用两个完全相同的有机玻璃材料制造的圆盘，在距离圆盘中心较近的同心圆环上制作一组砝码安置槽，在较远处的同心圆环上制作另一组砝码安置槽，两圆盘上的安置槽规格一致、分布一致。每个圆盘的中心利用轴承各自连接一个竖直支撑轴，两轴相隔一段空间，以保证两个圆盘不会碰到一起。两轴平行安置在水平底座上，保证两个圆盘等高度，圆盘的边缘采用轮齿结构。在两个圆盘的砝码安置槽中放置等量的、规格统一的砝码，其中一个圆盘上的砝码靠近轴安置，另一个圆盘上的砝码远轴安置。在两个圆盘的轮齿之间放置一根弹性钢片，相向缓慢转动两个圆盘，使得钢片发生一定形变。当突然撤去作用于圆盘的外力约束后，发生形变的钢片将对两个圆盘提供一内力偶矩。此时，每个圆盘，在内力矩作用下，转动状态发生改变，但由于质量分布不同带来转动惯量不同，即在大小相同的力矩的情况下，各自的转速不同，实现质量分布对角动量守恒现象影响的演示。当改变砝码在圆盘上的分布形式，可以实现各种分布情况下，受到角动量守恒定律约束的表观图像的演示。 

演示仪器结构由上而下分别是：有机玻璃圆盘、圆盘轮齿、砝码安置槽、砝码、轴承、竖直支撑轴、钢片、底座。 

本实用新型的有益效果是：可以直观对比演示质量分布对物体转动惯量的影响，在相同大小内力矩作用下，角动量守恒的表观现象不同。装置结构简单，易于制作，但演示实验现象明显，反映的物理过程更加直观、清晰、全面，可加深对变转动惯量情况下，角动量守恒现象的认识，同时还能演示质量分布对转动惯量造成影响这一因素。 

附图说明

图1是本实用新型的效果图。 

图2是本实用新型的俯视图。 

图3是本实用新型的纵剖面构造图。 

图1中：1—有机玻璃圆盘，2—圆盘轮齿，3—砝码安置槽，4—砝码，5—轴承，6—竖直支撑轴，7—钢片，8—底座。 

具体实施方式

在图1中，演示仪器结构由上而下安装，分别是：有机玻璃圆盘、圆盘轮齿、砝码安置槽、砝码、轴承、竖直支撑轴、钢片、底座。在有机玻璃圆盘中心安置轴承，并通过轴承与竖直支撑轴相连接；在每个圆盘上制作砝码安置槽，砝码安置槽在距离圆盘中心较近的同心圆环上制作一组，在较远处的同心圆环上制作另一组；每个圆盘的边缘制作成轮齿结构；保证砝码安置槽和砝码规格的严格统一；钢片置于两个圆盘的轮齿之间。在两个圆盘的砝码安置槽中放置砝码，注意使两个圆盘上的砝码分布不同，其中一个圆盘上的砝码靠近轴安置，另一个圆盘上的砝码远轴安置。将圆盘在外力约束下相向缓慢转过一定的角度，使得位于两个圆盘边缘的齿轮之间的钢片发生一定形变。此时，当突然撤去作用于圆盘的外力约束后，发生形变的钢片对两个圆盘所产生的内力偶矩，每个圆盘在内力矩作用下，转动状态发生改变，但由于质量分布不同带来转动惯量不同，即在大小相同的力矩作用情况下，各自的转速不同，实现质量分布不同时，角动量守恒现象的演示。当改变砝码在圆盘上的分布形式，可以实现各种分布情况下，受到角动量守恒定律约束的表观图像的演示。