多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置的制作方法
专利名称：多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，尤其涉及一种多功能刚体转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置。
背景技术：
转动惯量是对定轴转动刚体转动惯性大小的定量，在机械设计制造、转动物体的研究、运动学理论的推导等很多领域需要考虑到它。对于一些形状规则、质量分布均勻的定轴转动刚体的转动惯量可以使用理论计算的方法求得，但是对于形状复杂或质量不按某种规律分布的定轴转动刚体的转动惯量，就只能由实验的方法来实际测量得出了。《刚体转动惯量的测量》实验是《大学物理实验》中的一个重要的、必做的基础性实验。实验中，为了能够较好的验证一些转动方面的定律或得到出较完美的测量结果，有一个好的测量装置是非常必要的，测量装置的测量准确程度决定了实验的成败。对于采用实验的方法来对定轴转动刚体的转动惯量进行测量，目前常用的方法主要有三线摆测量法、扭摆测量法、转动惯量实验仪器测量法等。但具体实施这些测量法时会发现，他们所用的测量仪器普遍存在着测量速度较慢，测量周期长，测量的重复性不是很好，准确度低，并且他们所用的测量公式推导也相对繁琐，实验条件的满足不好掌握，并且他们的性能也都是单一的。
实用新型内容为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，它的测量速度快，测量周期短，测量的重复性好，并且所用的测量方法是比较法，准确度高，运算公式易推导，数据处理容易，具有多种用途。为达上述目的，本实用新型是通过下述技术方案实现的。多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其结构如下载物上转盘和下转盘安装在与底座相连的竖直转动轴上，可旋转的载物上转盘和下转盘之间通过扭簧连接，在载物上转盘下表面安装有上遮光片，与转动轴连接并可绕着转动轴旋转的上旋臂上端安装有用于测量遮光片通过时间的上光电门。所述的上旋臂通过上锁止螺丝锁定在转动轴上。所述的底座上安装有锁止片支架，锁止片支架上设有与载物上转盘位置匹配的上锁止片，载物上转盘外圆周上开设有锁口，经上锁止片和锁口将上载物上转盘锁定在锁止片支架上。在所述的下转盘下表面安装有下遮光片，与转动轴连接的并可绕着转动轴旋转的下旋臂上端安装有用于测量遮光片通过时间的下光电门。所述的下旋臂通过下锁止螺丝锁定在转动轴上。所述的底座上安装有锁止片支架，锁止片支架上设有与下转盘位置匹配的下锁止片，下转盘外圆周上开设有锁口，经下锁止片和锁口将下转盘锁定在锁止片支架上。[0012]本实用新型的优点和效果本实用新型测量装置的测量速度快，测量周期短，测量的重复性好，并且所用的测量方法是比较法，准确度高，运算公式易推导、数据处理容易，具有多种用途。
图1是本实用新型的主视结构示意图。图2是本实用新型的俯视结构示意图。图中1、载物上转盘；2、下转盘；3、转动轴；4、上锁止片；5、锁止片支架；6、上光电门；7、下光电门；8、上遮光片；9、下遮光片；10、上旋臂；11、下旋臂；12、上锁止螺丝；13、 底座；14、扭簧；15、锁口，16、下锁止螺丝，17、下锁止片。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不受实施例所限。如图1和图2所示，本实用新型多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其结构如下载物上转盘1和下转盘2安装在与底座13相连的竖直转动轴3上，可旋转的载物上转盘1和下转盘2之间通过扭簧14连接，在载物上转盘1下表面安装有上遮光片8，与转动轴3连接的并可绕着转动轴3旋转的上旋臂10上端安装有用于测量遮光片8 通过时间的上光电门6，在下转盘2下表面安装有下遮光片9，与转动轴3连接的并可绕着转动轴3旋转的下旋臂11上端安装有用于测量遮光片9通过时间的下光电门7。上述的上旋臂10可以通过上锁止螺丝12将其锁定在转动轴3上。上述的下旋臂11可以通过下锁止螺丝16将其锁定在转动轴3上。上述的底座13上安装有锁止片支架5，锁止片支架5上设有与载物上转盘1位置匹配的上锁止片4，载物上转盘1外圆周上开设有锁口 15，利用上锁止片4和锁口 15将上载物上转盘1锁定在锁止片支架5上。上述的底座13上安装有锁止片支架5，锁止片支架5上设有与下转盘2位置匹配的下锁止片17，下转盘2外圆周上开设有锁口，利用下锁止片17和锁口将下转盘2锁定在锁止片支架5上。利用本实用新型装置实施测量时，采用以下方法下转盘2固定不动，转动载物上转盘1，使载物上转盘1转过一个角度，同时扭簧被扭曲，在此过程中遮光片经过光电门，利用锁片及某个锁口，将载物上转盘1锁定，并做好计时准备。然后打开载物上转盘1，使载物上转盘1在扭簧的作用下回转，测量遮光片经过光电门所用的时间TA，之后，将转动惯量待测的物体放置在载物上转盘1上，重复上述测量过程，测量回转时遮光片经过光电门所用的时间Tai，利用载物上转盘1的已知转动惯量J A和所测得的Ta及Tai就可以利用相应的计算公式计算出待测物体的定轴转动惯量了。另外，利用本实用新型装置还可以演示角动量守恒。方法是载物上转盘1和下转盘2为自由旋转状态，利用双手分别扭动载物上转盘1和下转盘2，并使他们相向转过一个角度停下来，此时系统的角动量为零。然后同时放开双手，让载物上转盘1和下转盘2同时回转，这时此系统将不再受外力矩的作用。我们会看到载物上转盘1和下转盘2转动的方向始终相反，同时停止，又同时回转，如此重复不已，并且转动惯量大的那个转盘转动速度较小，转动惯量较小的那个转盘的转动速度较大，此现象说明系统的角动量始终保持不变(为零)。此装置还可以演示系统的角动量之和不为零时的守恒。另外，利用此装置还可以定量的验证转动系统在不受外力矩的过程中，系统的角动量确实守恒，它是通过测出的相关数据通过计算验证的。本实用新型测量装置的工作原理如下把一个转动惯量待测的定轴转动刚体和一个转动惯量已知的定轴转动刚体，同施以一定的转动条件，比较它们各自的转动状态，并进行相关的测量。根据他们的转动状态的差异，再利用相关测量的结果和已知物体的转动惯量，来求出未知转动物体的转动惯量。
权利要求1.多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于结构如下载物上转盘(1)和下转盘(2)安装在与底座(13)相连的竖直转动轴(3)上，可旋转的载物上转盘(1)和下转盘(2)之间通过扭簧(14)连接，在载物上转盘(1)下表面安装有上遮光片 (8)，与转动轴(3)连接的并可绕着转动轴(3)旋转的上旋臂(10)上端安装有用于测量遮光片(8)通过时间的上光电门(6)。
2.根据权利要求1所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于所述的上旋臂(10)通过上锁止螺丝(12)锁定在转动轴(3)上。
3.根据权利要求1所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于所述的底座(13)上安装有锁止片支架(5)，锁止片支架(5)上设有与载物上转盘(1)位置匹配的上锁止片(4)，载物上转盘(1)外圆周上开设有锁口(15)，经上锁止片(4)和锁口(15)将上载物上转盘(1)锁定在锁止片支架(5)上。
4.根据权利要求1所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于在所述的下转盘(2)下表面安装有下遮光片(9)，与转动轴(3)连接的并可绕着转动轴(3)旋转的下旋臂(11)上端安装有用于测量遮光片(9)通过时间的下光电门(7)。
5.根据权利要求4所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于所述的下旋臂(11)通过下锁止螺丝(16)锁定在转动轴(3)上。
6.据权利要求1所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于所述的底座(13)上安装有锁止片支架(5)，锁止片支架(5)上设有与下转盘(2)位置匹配的下锁止片(17)，下转盘(2)外圆周上开设有锁口，经下锁止片(17)和锁口将下转盘(2)锁定在锁止片支架(5)上。
专利摘要本实用新型公开了一种测量装置，尤其涉及一种多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置。其结构如下载物上转盘和下转盘安装在与底座相连的竖直转动轴上，可旋转的载物上转盘和下转盘之间通过扭簧连接，在载物上转盘下表面安装有上遮光片，与转动轴连接并可绕着转动轴旋转的上旋臂上端安装有用于测量遮光片通过时间的上光电门。本实用新型测量装置的测量速度快，测量周期短，测量的重复性好，并且所用的测量方法是比较法，准确度高，运算公式易推导、数据处理容易，具有多种用途。
文档编号G09B23/10GK201965816SQ20112007049
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者樊旭峰, 赵德华, 韩立伟 申请人:赵德华
技术领域：
本实用新型涉及一种测量装置，尤其涉及一种多功能刚体转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置。
背景技术：
转动惯量是对定轴转动刚体转动惯性大小的定量，在机械设计制造、转动物体的研究、运动学理论的推导等很多领域需要考虑到它。对于一些形状规则、质量分布均勻的定轴转动刚体的转动惯量可以使用理论计算的方法求得，但是对于形状复杂或质量不按某种规律分布的定轴转动刚体的转动惯量，就只能由实验的方法来实际测量得出了。《刚体转动惯量的测量》实验是《大学物理实验》中的一个重要的、必做的基础性实验。实验中，为了能够较好的验证一些转动方面的定律或得到出较完美的测量结果，有一个好的测量装置是非常必要的，测量装置的测量准确程度决定了实验的成败。对于采用实验的方法来对定轴转动刚体的转动惯量进行测量，目前常用的方法主要有三线摆测量法、扭摆测量法、转动惯量实验仪器测量法等。但具体实施这些测量法时会发现，他们所用的测量仪器普遍存在着测量速度较慢，测量周期长，测量的重复性不是很好，准确度低，并且他们所用的测量公式推导也相对繁琐，实验条件的满足不好掌握，并且他们的性能也都是单一的。
实用新型内容为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，它的测量速度快，测量周期短，测量的重复性好，并且所用的测量方法是比较法，准确度高，运算公式易推导，数据处理容易，具有多种用途。为达上述目的，本实用新型是通过下述技术方案实现的。多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其结构如下载物上转盘和下转盘安装在与底座相连的竖直转动轴上，可旋转的载物上转盘和下转盘之间通过扭簧连接，在载物上转盘下表面安装有上遮光片，与转动轴连接并可绕着转动轴旋转的上旋臂上端安装有用于测量遮光片通过时间的上光电门。所述的上旋臂通过上锁止螺丝锁定在转动轴上。所述的底座上安装有锁止片支架，锁止片支架上设有与载物上转盘位置匹配的上锁止片，载物上转盘外圆周上开设有锁口，经上锁止片和锁口将上载物上转盘锁定在锁止片支架上。在所述的下转盘下表面安装有下遮光片，与转动轴连接的并可绕着转动轴旋转的下旋臂上端安装有用于测量遮光片通过时间的下光电门。所述的下旋臂通过下锁止螺丝锁定在转动轴上。所述的底座上安装有锁止片支架，锁止片支架上设有与下转盘位置匹配的下锁止片，下转盘外圆周上开设有锁口，经下锁止片和锁口将下转盘锁定在锁止片支架上。[0012]本实用新型的优点和效果本实用新型测量装置的测量速度快，测量周期短，测量的重复性好，并且所用的测量方法是比较法，准确度高，运算公式易推导、数据处理容易，具有多种用途。
图1是本实用新型的主视结构示意图。图2是本实用新型的俯视结构示意图。图中1、载物上转盘；2、下转盘；3、转动轴；4、上锁止片；5、锁止片支架；6、上光电门；7、下光电门；8、上遮光片；9、下遮光片；10、上旋臂；11、下旋臂；12、上锁止螺丝；13、 底座；14、扭簧；15、锁口，16、下锁止螺丝，17、下锁止片。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不受实施例所限。如图1和图2所示，本实用新型多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其结构如下载物上转盘1和下转盘2安装在与底座13相连的竖直转动轴3上，可旋转的载物上转盘1和下转盘2之间通过扭簧14连接，在载物上转盘1下表面安装有上遮光片8，与转动轴3连接的并可绕着转动轴3旋转的上旋臂10上端安装有用于测量遮光片8 通过时间的上光电门6，在下转盘2下表面安装有下遮光片9，与转动轴3连接的并可绕着转动轴3旋转的下旋臂11上端安装有用于测量遮光片9通过时间的下光电门7。上述的上旋臂10可以通过上锁止螺丝12将其锁定在转动轴3上。上述的下旋臂11可以通过下锁止螺丝16将其锁定在转动轴3上。上述的底座13上安装有锁止片支架5，锁止片支架5上设有与载物上转盘1位置匹配的上锁止片4，载物上转盘1外圆周上开设有锁口 15，利用上锁止片4和锁口 15将上载物上转盘1锁定在锁止片支架5上。上述的底座13上安装有锁止片支架5，锁止片支架5上设有与下转盘2位置匹配的下锁止片17，下转盘2外圆周上开设有锁口，利用下锁止片17和锁口将下转盘2锁定在锁止片支架5上。利用本实用新型装置实施测量时，采用以下方法下转盘2固定不动，转动载物上转盘1，使载物上转盘1转过一个角度，同时扭簧被扭曲，在此过程中遮光片经过光电门，利用锁片及某个锁口，将载物上转盘1锁定，并做好计时准备。然后打开载物上转盘1，使载物上转盘1在扭簧的作用下回转，测量遮光片经过光电门所用的时间TA，之后，将转动惯量待测的物体放置在载物上转盘1上，重复上述测量过程，测量回转时遮光片经过光电门所用的时间Tai，利用载物上转盘1的已知转动惯量J A和所测得的Ta及Tai就可以利用相应的计算公式计算出待测物体的定轴转动惯量了。另外，利用本实用新型装置还可以演示角动量守恒。方法是载物上转盘1和下转盘2为自由旋转状态，利用双手分别扭动载物上转盘1和下转盘2，并使他们相向转过一个角度停下来，此时系统的角动量为零。然后同时放开双手，让载物上转盘1和下转盘2同时回转，这时此系统将不再受外力矩的作用。我们会看到载物上转盘1和下转盘2转动的方向始终相反，同时停止，又同时回转，如此重复不已，并且转动惯量大的那个转盘转动速度较小，转动惯量较小的那个转盘的转动速度较大，此现象说明系统的角动量始终保持不变(为零)。此装置还可以演示系统的角动量之和不为零时的守恒。另外，利用此装置还可以定量的验证转动系统在不受外力矩的过程中，系统的角动量确实守恒，它是通过测出的相关数据通过计算验证的。本实用新型测量装置的工作原理如下把一个转动惯量待测的定轴转动刚体和一个转动惯量已知的定轴转动刚体，同施以一定的转动条件，比较它们各自的转动状态，并进行相关的测量。根据他们的转动状态的差异，再利用相关测量的结果和已知物体的转动惯量，来求出未知转动物体的转动惯量。
权利要求1.多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于结构如下载物上转盘(1)和下转盘(2)安装在与底座(13)相连的竖直转动轴(3)上，可旋转的载物上转盘(1)和下转盘(2)之间通过扭簧(14)连接，在载物上转盘(1)下表面安装有上遮光片 (8)，与转动轴(3)连接的并可绕着转动轴(3)旋转的上旋臂(10)上端安装有用于测量遮光片(8)通过时间的上光电门(6)。
2.根据权利要求1所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于所述的上旋臂(10)通过上锁止螺丝(12)锁定在转动轴(3)上。
3.根据权利要求1所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于所述的底座(13)上安装有锁止片支架(5)，锁止片支架(5)上设有与载物上转盘(1)位置匹配的上锁止片(4)，载物上转盘(1)外圆周上开设有锁口(15)，经上锁止片(4)和锁口(15)将上载物上转盘(1)锁定在锁止片支架(5)上。
4.根据权利要求1所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于在所述的下转盘(2)下表面安装有下遮光片(9)，与转动轴(3)连接的并可绕着转动轴(3)旋转的下旋臂(11)上端安装有用于测量遮光片(9)通过时间的下光电门(7)。
5.根据权利要求4所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于所述的下旋臂(11)通过下锁止螺丝(16)锁定在转动轴(3)上。
6.据权利要求1所述的多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置，其特征在于所述的底座(13)上安装有锁止片支架(5)，锁止片支架(5)上设有与下转盘(2)位置匹配的下锁止片(17)，下转盘(2)外圆周上开设有锁口，经下锁止片(17)和锁口将下转盘(2)锁定在锁止片支架(5)上。
专利摘要本实用新型公开了一种测量装置，尤其涉及一种多功能刚性转动惯量测量和角动量守恒演示、验证装置。其结构如下载物上转盘和下转盘安装在与底座相连的竖直转动轴上，可旋转的载物上转盘和下转盘之间通过扭簧连接，在载物上转盘下表面安装有上遮光片，与转动轴连接并可绕着转动轴旋转的上旋臂上端安装有用于测量遮光片通过时间的上光电门。本实用新型测量装置的测量速度快，测量周期短，测量的重复性好，并且所用的测量方法是比较法，准确度高，运算公式易推导、数据处理容易，具有多种用途。
文档编号G09B23/10GK201965816SQ20112007049
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者樊旭峰, 赵德华, 韩立伟 申请人:赵德华
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