一種手動科氏加速度演示儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及用于課堂教學的一種手動科氏加速度演示儀,特別適用于大學理論力學的課堂教學，它主要由箱體；大錐齒輪；小錐齒輪；主軸；大圓盤；換向器；第一傳動軸；皮帶輪；拉簧；第二傳動軸；軸承；搖把；第一直齒輪；.皮帶輪；大圓盤；第二直齒輪；第三直齒輪；換向器齒輪組成。箱體上方固連內嚙合齒輪；大錐齒輪連接于搖把；主軸連接于箱體，小錐齒輪固連于主軸；大圓盤固連于主軸；第一傳動軸與第二傳動軸固定于大圓盤上；換向器通過換向器齒輪與箱體上方的內嚙合齒輪嚙合；拉簧置于兩個皮帶輪輪槽中；攝像頭通過支撐板固定在大圓盤上方。本實用新型體積小、質量輕，攜帶方便，讓科氏加速度的演示效果通過拉簧形變展現(xiàn)的更直觀。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及用于課堂教學的一種手動科氏加速度演示儀，特別適用于大學 理論力學的課堂教學，使同學認識和理解科氏加速度的一種教具。 -種手動科氏加速度演示儀
【背景技術】
[0002] 力學中質點的運動包括絕對運動、相對運動和牽連運動。由點的復合運動理論可 知，當牽連運動含轉動成分時一般會產生科氏加速度（或科氏慣性力）。
[0003] 科氏加速度（或科氏慣性力）體現(xiàn)在我們的生活之中，如洗漱完之后，打開排水閥 時發(fā)現(xiàn)水流在排水口處形成了一個逆時針漩渦，又如俗語"三十年河東，三十年河西"，以前 黃河河道不固定，經常會改道。
[0004] 科氏加速度（或科氏慣性力）是很抽象的概念，在平時的理論課堂教學中，學生對 于這部分的內容理解起來比較吃力，在課堂我們又不可能親臨黃河河道觀察，所以這在大 學力學課程中是難點。
[0005] 科氏加速度儀包括科氏加速度演示儀和科氏加速度實驗儀等，是通過一定裝置在 地球參考上使運動物體產生科氏加速度（或科氏慣性力），進而在地球參考系上來觀察質 點產生科氏加速度（或科氏慣性力）的現(xiàn)象或者測試分析科氏加速度（或科氏慣性力）的 一種儀器。這些科氏加速度儀主要由產生牽連運動的部分、產生相對運動的部分、傳動部分 和動力部分等組成。
【發(fā)明內容】
[0006] 本實用新型的目的是為了使同學認識和理解科氏加速度，提供一種手動科氏加 速度演示儀，通過拉簧形變展示科式加速度的存在，同時通過換向器和手柄對轉速大小和 方向，定性的研究速度Vr和角速度We的大小和方向對科氏加速度的影響。
[0007] 本實用新型采用以下技術方案：本實用新型一種關于科氏加速度的演示儀器，主 要由箱體；大錐齒輪；小錐齒輪；主軸；大圓盤；換向器；第一傳動軸；皮帶輪；拉簧；第二傳 動軸；軸承；搖把；第一直齒輪；.皮帶輪；大圓盤；第二直齒輪；第三直齒輪；換向器齒輪組 成。用螺釘固連有機玻璃形成半封閉箱體，箱體上方固連內嚙合齒輪；搖把連接于箱體，大 錐齒輪連接于搖把；主軸連接于箱體，小錐齒輪固連于主軸；大圓盤固連于主軸；第一傳動 軸與第二傳動軸固定于大圓盤上；換向器通過換向器齒輪與箱體上方的內哨合齒輪哨合； 兩個皮帶輪分別固連于第一傳動軸和第二傳動軸，拉簧置于兩個皮帶輪輪槽中；攝像頭通 過支撐板固定在大圓盤上方。
[0008] 本演示儀通過搖把輸入動力，再通過大錐齒輪和小錐齒輪把動力傳給主軸。主軸 帶動大圓盤轉動，從而形成一個轉動參考系。同時第一傳動軸通過換向器齒輪與箱體上方 的內嚙合齒輪嚙合傳動，使皮帶輪發(fā)生自轉，再帶動上方拉簧在轉動參考系上作相對運動， 從而產生科氏加速度。通過本演示儀的拉簧凹凸現(xiàn)象，即所謂的科氏慣性力對拉簧相對運 動的影響而感觀到科氏加速度的存在性。拉簧的凹凸現(xiàn)象通過安裝在動系（圓盤）上方的 攝像頭，實現(xiàn)多媒體教學。
[0009] 本實用新型的有益效果是：1、演示儀通過手動，體積小、質量輕，所以環(huán)保健康，攜 帶方便，易于帶進課堂，讓同學們親手操作，印象深刻；2、讓科氏加速度的演示效果通過拉 簧形變展現(xiàn)的更直觀；3、通過換向器裝置，可以實現(xiàn)大圓盤和皮帶輪轉速的同向和逆向，從 而定性分析角速度和相對速度方向對科氏加速度的影響；4、通過主軸中間的直齒輪組，可 以實現(xiàn)皮帶輪的同步轉速，從而消除了皮帶輪旋轉產生的松緊邊效應。5、通過大圓盤上的 攝像頭，從而實現(xiàn)拉簧相對運動的觀測，同時實現(xiàn)多媒體教學。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1為本實用新型一種手動科氏加速度演示儀的結構示意主視圖；
[0011] 圖2為圖1的結構示意俯視圖；
[0012] 圖3為本實用新型的圓盤上部結構示意圖。
[0013] 圖中：1.箱體；2.主軸；3.大錐齒輪；4.小錐齒輪；5.內嚙合齒輪；6.換向器； 7.弟一傳動軸；8.攝像頭；9.支撐板；10.拉黃；11.弟_傳動軸；12.軸承；13.搖把；14弟 一直齒輪；15.皮帶輪；16.大圓盤；17.第二直齒輪；18.第三直齒輪；19.換向器齒輪。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0015] 如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型一種手動科氏加速度演示儀，主要由箱體1、主 軸2、大錐齒輪3、小錐齒輪4、內嚙合齒輪5、換向器6、第一傳動軸7、攝像頭8、支撐板9、拉 簧10、第二傳動軸11、軸承12、搖把13、第一直齒輪14、皮帶輪15、大圓盤16、第二直齒輪 17、第三直齒輪18、換向器齒輪19等組成。用螺釘固連有機玻璃形成半封閉箱體1，箱體1 上方固連內嚙合齒輪5 ;搖把連接于箱體1，大錐齒輪3連接于搖把13 ;主軸2連接于箱體 1，小錐齒輪4固連于主軸2 ;大圓盤16固連于主軸2,第一傳動軸7與第二傳動軸14固定 于大圓盤16上；換向器6通過換向器齒輪19與箱體1上方的內哨合齒輪哨合5 ;兩個皮帶 輪15分別固連于第一傳動軸7和第二傳動軸11，拉簧10置于兩個皮帶輪15輪槽中；攝像 頭8通過支撐板9固定在大圓盤16上方。
[0016] 如圖3所示，第三直齒輪18裝入第一傳動軸7上，第二直齒輪17裝入主軸2上， 第一直齒輪14裝入傳動軸11 ;三個直齒輪相互嚙合，兩個皮帶輪15裝入第一傳動軸7與 第二傳動軸11上。
[0017] 科氏加速度的產生：如圖1、2所示通過搖把13輸入動力，再通過大錐齒輪3和小 錐齒輪4把動力傳給主軸2。主軸2帶動大圓盤16轉動，從而形成一個轉動參考系。同時 第一傳動軸7通過換向器6 (三星換向器）中的換向器齒輪19與箱體1上方的內哨合齒輪 5嚙合傳動，使兩個皮帶輪15發(fā)生自轉，再帶動上方拉簧10在轉動參考系上作相對運動。 綜上，拉簧10上每一點既有一個角速度為We的牽連速度，同時也有一個線速度為Vr的相 對速度。理論分析表明：由于運動參考系的牽連轉動與質點的相對運動的耦合效應將產生 所謂的科氏加速度?？剖霞铀俣鹊母拍铍m然抽象，但卻可以通過本演示儀的拉簧凹凸現(xiàn)象， 即所謂的科氏慣性力對拉簧10相對運動的影響而感觀到它的存在性。拉簧10的凹凸現(xiàn)象 通過安裝在動系（大圓盤16)上方的攝像頭8,實現(xiàn)多媒體教學。
[0018] 定性分析相對速度和牽連速度大小和方向對科氏加速度的影響：提高搖把13轉 速，后面保持上面操作不變，即可比較得出相對速度和牽連速度大小對科氏加速度的影響： 改變換向器6中的換向器齒輪19嚙合個數(shù)，保持上面步驟不變，即可得出相對速度和牽連 速度方向對科氏加速度的影響。
[0019] 松緊邊效應與非對稱現(xiàn)象的消除，如圖3所示，第一傳動軸7通過換向器6產生動 力，第一傳動軸7帶動第三直齒輪18轉動；第三直齒輪18通過嚙合傳動，帶動第二直齒輪 17、第一直齒輪14轉動；第一直齒輪14帶動第二傳動軸11轉動；從而實現(xiàn)兩個皮帶輪15 雙軸驅動；消除了在理論上單軸驅動的拉簧10將存在松邊與緊邊，使拉簧10產生的科氏變 形現(xiàn)象關于兩皮帶輪15輪心連線不對稱的現(xiàn)象。
【權利要求】
1. 一種手動科氏加速度演示儀，主要由箱體（1)、主軸（2)、大錐齒輪（3)、小錐齒輪 (4)、內嚙合齒輪（5)、換向器（6)、第一傳動軸（7)、攝像頭（8)、支撐板（9)、拉簧（10)、第二 傳動軸（11)、軸承（12)、搖把（13)、第一直齒輪（14)、皮帶輪（15)、大圓盤（16)、第二直齒 輪（17)、第三直齒輪（18)、換向器齒輪（19)等組成，其特征在于，用螺釘固連有機玻璃形成 半封閉箱體（1)，箱體（1)上方固連內嚙合齒輪（5);搖把連接于箱體（1)，大錐齒輪（3)連 接于搖把（13);主軸⑵連接于箱體（1)，小錐齒輪⑷固連于主軸⑵；大圓盤（16)固連 于主軸（2)，第一傳動軸（7)與第二傳動軸（14)固定于大圓盤（16)上；換向器（6)通過換 向器齒輪（19)與箱體（1)上方的內哨合齒輪哨合（5);兩個皮帶輪（15)分別固連于第一 傳動軸（7)和第二傳動軸（11)，拉簧（10)置于兩個皮帶輪（15)輪槽中；攝像頭（8)通過 支撐板（9)固定在大圓盤（16)上方。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種手動科氏加速度演示儀，其特征在于，第三直齒輪（18) 裝入第一傳動軸（7)上，第二直齒輪（17)裝入主軸（2)上，第一直齒輪（14)裝入傳動軸 (11);三個直齒輪相互嚙合，兩個皮帶輪（15)裝入第一傳動軸（7)與第二傳動軸（11)上。
【文檔編號】G09B23/10GK203882490SQ201420307590
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權日:2014年6月11日
【發(fā)明者】王維, 包澤軍, 張?zhí)煨? 張展飛, 蔣宜辰 申請人:西南石油大學