一种可数据观测的角动量守恒演示仪器

本技术属于物理教学用具，具体涉及一种可数据观测的角动量守恒演示仪器。

背景技术：

1、角动量守恒是大学物理中一个比较重要的知识点。对物理师范专业的学生来说，在理论力学中，角动量守恒在解释和研究刚体运动中起到关键的作用，学生只有在学习了角动量守恒的相关知识后才能更好的理解刚体的运动；在量子力学中，角动量算符是量子力学的基本操作之一。目前关于角动量守恒的教学手段主要是依靠老师的抽象讲解，现有的角动量守恒演示教具大多数存在转动力臂仍然依靠手动旋转，无法固定每一次输入的角动量，无法直观的反映角速度的变化大小，或者旋转部分质量无法改变的情况。因此需要一种创新的教具来解决这个问题，提供一种直观、实用的定量工具，帮助学生理解和应用角动量守恒的概念。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本实用新型提供一种可数据观测的角动量守恒演示仪器，可固定每一次输入的角动量，可具体测定角速度的大小，可改变旋转部分质量，可控制旋转部分的力臂，为角动量守恒演示提供一种直观、实用的定量教学用具。

2、为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种可数据观测的角动量守恒演示仪器，包括支撑结构，支撑结构设置有上、中、下三层平台；

3、支撑结构上层平台中心设置有通孔，通孔处设置有第一轴承，减速电机通过第一轴承竖直设置于支撑结构上层平台上，减速电机的左右两侧分别设置1条滑轨，滑轨上设置有滑块，减速电机的转轴上设置有收线装置，收线装置内收纳有连接线，连接线将滑块与收线装置连接；减速电机底部设置有供电系统，供电系统包括第一电源和遥控开关接收器，减速电机通过遥控开关接收器与第一电源电性连接，供电系统底部设置有带传动轴的凹形驱动齿轮；

4、支撑结构中层平台设置有正对减速电机的通孔，通孔处设置有第二轴承，凹形驱动齿轮的传动轴从第二轴承中穿过并与第二轴承固定连接；

5、支撑结构下层平台设置有升降平台，升降平台顶部设置有步进电机，步进电机的转轴上设置有与凹形驱动齿轮相配合的凸形驱动齿轮；

6、支撑结构上设置有用于监测滑轨转速的测速装置，支撑结构一侧设置有减速电机的遥控开关、步进电机的控制器和第二电源。

7、本实用新型采取上述技术方案的有益效果是：可固定输入角动量的大小，可具体测定角速度的大小，可准确控制力臂大小，为角动量守恒演示提供一种直观、实用的定量工具。

8、在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

9、进一步，2条滑轨以减速电机为中心径向对称。

10、本实用新型采取上述进一步技术方案的有益效果是：滑块可在滑轨上移动，改变旋转部分的力臂大小。

11、进一步，滑块上可安放不同质量的砝码，砝码的质量在50g到250g之间变换。

12、本实用新型采取上述进一步技术方案的有益效果是：整个旋转部分的质量可通过安放不同质量的砝码进行调节。

13、进一步，砝码通过喉箍连接在滑块上。

14、本实用新型采取上述进一步技术方案的有益效果是：在仪器演示过程中，喉箍的连接方式使砝码稳定固定在滑块上，在需要调整旋转部分质量时，喉箍拆装方便。

15、进一步，收线装置包括位于中心的绕线轴和绕线轴周围的外壳，外壳在与滑轨对应的位置设置有进线孔，通过进线孔，连接线的一端与滑块连接，另一端与绕线轴连接。

16、本实用新型采取上述进一步技术方案的有益效果是：可通过绕线轴控制连接线的收和放，进而对旋转部分力臂大小进行调节。

17、进一步，升降平台包括底座、工作平台和2个剪叉结构，2个剪叉结构左右对称设置于底座和工作平台之间。

18、本实用新型采取上述进一步技术方案的有益效果是：可手动调节升降平台的高度，从而带动工作平台上的其他部件实现高度调节。

19、进一步，测速装置包括数字计时器、光电门和2个遮光板，数字计时器设置于支撑结构下层平台左侧，光电门设置于支撑结构上层平台左侧，遮光板设置于滑轨底部，2个遮光板以减速电机为中心径向对称，且遮光板与光电门的位置相互匹配，光电门与数字计时器通信连接，数字计时器和光电门与第二电源电性连接。

20、本实用新型采取上述进一步技术方案的有益效果是：数字计时器、光电门和遮光板配合使用，可对转动部分角速度进行测定，简便快捷地实现角动量守恒的定量分析。

21、进一步，步进电机、遥控开关以及控制器与第二电源电性连接，遥控开关与遥控开关接收器通信连接。

22、本实用新型采取上述进一步技术方案的有益效果是：设置电源对装置不同部分进行供电；在装置旋转过程中，通过遥控开关以及其接收器对收线装置进行控制，从而实现对旋转部分力臂大小的控制。

23、进一步，遥控开关表面设置有减速电机的第一正反转开关，控制器表面设置有步进电机的第二正反转开关。

24、本实用新型采取上述进一步技术方案的有益效果是：可分别控制减速电机和步进电机的工作方向，进而对装置其他部分的运动方向进行控制。

25、本实用新型的有益效果是：在演示角动量守恒演示实验过程中，步进电机可固定输入角动量的大小和方向，数字计时器、光电门和遮光板的组合使用为角速度的确定提供方便、快捷、精确的测定方法，减速电机可控制滑块在滑轨上移动从而准确控制力臂大小，砝码和喉箍的使用可调整转动部分质量，整个装置中涉及到与角动量相关的因素可具体调节和观测，为角动量守恒演示提供一种可观察数据变化的直观、实用的定量分析工具。

技术特征：

1.一种可数据观测的角动量守恒演示仪器，其特征在于：包括支撑结构(17)，所述支撑结构(17)设置有上、中、下三层平台；

2.根据权利要求1所述的可数据观测的角动量守恒演示仪器，其特征在于：所述两条滑轨(18)以所述减速电机(4)为中心径向对称。

3.根据权利要求1所述的可数据观测的角动量守恒演示仪器，其特征在于：所述滑块(2)上可安放不同质量的砝码(1)，所述砝码(1)的质量在50g到250g之间变换。

4.根据权利要求3所述的可数据观测的角动量守恒演示仪器，其特征在于：所述砝码(1)通过喉箍连接在所述滑块(2)上。

5.根据权利要求1所述的可数据观测的角动量守恒演示仪器，其特征在于：所述收线装置(3)包括位于中心的绕线轴和绕线轴周围的外壳，所述外壳在与所述滑轨(18)对应的位置设置有进线孔，通过所述进线孔，所述连接线的一端与所述滑块(2)连接，另一端与所述绕线轴连接。

6.根据权利要求1所述的可数据观测的角动量守恒演示仪器，其特征在于：所述升降平台(13)包括底座、工作平台和2个剪叉结构，所述2个剪叉结构左右对称设置于所述底座和所述工作平台之间。

7.根据权利要求1所述的可数据观测的角动量守恒演示仪器，其特征在于：所述测速装置包括数字计时器(16)、光电门(5)和2个遮光板(6)，所述数字计时器(16)设置于所述支撑结构(17)下层平台左侧，所述光电门(5)设置于所述支撑结构(17)上层平台左侧，所述遮光板(6)设置于所述滑轨(18)底部，所述2个遮光板(6)以所述减速电机(4)为中心径向对称，且所述遮光板(6)与所述光电门(5)的位置相互匹配，所述光电门(5)与所述数字计时器(16)通信连接，所述数字计时器(16)和所述光电门(5)与所述第二电源(8-2)电性连接。

8.根据权利要求1所述的可数据观测的角动量守恒演示仪器，其特征在于：所述步进电机(12)、所述遥控开关(14-1)以及所述控制器(14-2)与所述第二电源(8-2)电性连接，所述遥控开关(14-1)与所述遥控开关接收器(9)通信连接。

9.根据权利要求1所述的可数据观测的角动量守恒演示仪器，其特征在于：所述遥控开关(14-1)表面设置有所述减速电机(4)的第一正反转开关(15-1)，所述控制器(14-2)表面设置有所述步进电机(12)的第二正反转开关(15-2)。

技术总结
本技术公开了一种可数据观测的角动量守恒演示仪器，属于物理教学用具技术领域，包括支撑结构，减速电机通过第一轴承与支撑结构上层平台连接，其左右两侧分别设置1条滑轨，其上设置有收线装置；第一电源与遥控开关接收器构成供电系统，其上端与减速电机下端相连，其下端与凹形驱动齿轮连接，凹形驱动齿轮通过第二轴承与支撑结构中层平台连接；支撑结构下层平台上设置有升降平台，升降平台顶部设置有步进电机，步进电机顶部连接凸形驱动齿轮；支撑结构一侧设置有测速装置和控制器。整个演示仪器中涉及到与角动量相关的因素可具体调节和观测，为角动量守恒演示提供一种可观察数据变化的直观、实用的定量分析教学工具。

技术研发人员：冯玉良,杨林,黄庆梅,朱炫宇,杨明,曹启龙
受保护的技术使用者：宜宾学院
技术研发日：20240104
技术公布日：2024/11/21