本實用新型涉及一種物理教學實驗儀器，特別是涉及一種剛體轉動慣量演示裝置。

背景技術：

物理學是研究物質運動一般規律和物質基本結構的學科。物理實驗能夠清晰地展示物理現象和規律，從而達到良好的教學效果。大學物理中的剛體轉動慣量部分公式復雜、概念抽象，學生不易理解。因此，直觀有效的剛體轉動慣量演示實驗是最好的教學方式。

目前，在大學物理教學中，為了能夠直觀地演示影響剛體轉動慣量的影響因素，人們也設計出了許多方案。如專利公告號CN202177996U公開了一種便攜式剛體轉動慣量教學顯示儀，包括一個附有吸盤的套筒式可伸縮鋼管、放置被測物體的平臺、兩個螺旋軌道和四個同質量的被測物體。其優點是結構簡單、易于攜帶和操作方便。但是不方便控制變量。如專利公告號CN203786971U公開的剛體轉動慣量影響因數演示儀，包括三個完全相同的有機玻璃盤、砝碼安置槽、支撐軸和圓盤。其優點是方便控制變量。但是只能在水平面上演示，不便于講臺下的學生觀看。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本實用新型提供一種剛體轉動慣量演示裝置及演示方法，其使用方便，演示形象直觀，能清晰展示剛體轉動慣量的影響因素。

一種剛體轉動慣量演示裝置,包括背板、實驗裝置、控制裝置和支撐架；所述實驗裝置安裝在背板上，所述背板放置在支撐架上，所述背板與支撐架的底面垂直；該實驗裝置包括位于背板前面的吸盤式電磁鐵、鋼球、平衡桿、加碼件以及位于背板后面的推拉式電磁鐵，所述平衡桿對稱設置有通孔，且平衡桿的中心位置設置有中心軸，中心軸穿過背板使平衡桿可轉動地安裝在背板上，所述吸盤式電磁鐵安裝在平衡桿水平時的一端的上方；所述推拉式電磁鐵設置在中心軸的下方，推拉式電磁鐵的頂桿頂住穿過背板的中心軸；所述控制裝置包括電源，電源分別與吸盤式電磁鐵和推拉式電磁鐵電連接。

優選地，所述實驗裝置的數量為兩個或三個，并且各個實驗裝置呈同一水平線布置在背板上；各個吸盤式電磁鐵的同一位置設置有定位點，定位點用于指定鋼球的吸附位置，且各個定位點到平衡桿的中心軸的水平距離相等；各個吸盤式電磁鐵設置在同一電路中與電源電連接，各個推拉式電磁鐵設置在同一電路中與電源電連接。

優選地，所述控制裝置還包括單刀雙擲開關，所述單刀雙擲開關布置在吸盤式電磁鐵電路、推拉式電磁鐵電路和電源之間，單刀雙擲開關用于單獨接通吸盤式電磁鐵電路或推拉式電磁鐵電路。

優選地，所述平衡桿上對稱布置的通孔數量為4-6組。

優選地，所述背板采用亞力克板。

優選地，所述電源的電壓為5V。

優選地，所述加碼件為同一規格的螺釘和螺帽。

優選地，所述平衡桿采用塑料材質或木質材質。

優選地，所述中心軸上與頂桿的接觸部位為平面。

優選地，所述支撐架上設置有U型槽，U型槽的開口向上，所述背板放置在U型槽中。

本實用新型的有益效果體現在：

所述平衡桿上對稱設置有通孔，螺釘螺帽可對稱布置在平衡桿的通孔中，若將兩套螺釘螺帽對稱布置在各個平衡桿上不同位置的通孔中，則各個平衡桿的質量相同，但質心分布不一樣；若將不同偶數套螺釘螺帽對稱布置在各個平衡桿上的通孔中，則平衡桿的質量不同；通過演示便于學者清晰地觀察剛體轉動慣量的影響因素。電源、吸盤式電磁鐵和推拉式電磁鐵通過單刀雙擲開關連接，使得整個電路連接結構更為簡潔，不需要反復的接通或斷開吸盤式電磁鐵電路或推拉式電磁鐵電路。電源的電壓為5V，提高了剛體轉動慣量演示裝置的安全性。背板放置在支撐架的U型槽中，與支撐架的底面垂直，以保證鋼球自由落下時能夠撞擊在平衡桿上，使平衡桿發生轉動，便于同學們在講臺下觀看剛體轉動慣量的演示。而且，本實用新型的結構簡單，使用方便，演示形象直觀，能清晰展示剛體轉動慣量的影響因素。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的一種剛體轉動慣量演示裝置的結構示意圖；

圖2為圖1的右視圖；

圖3為本實用新型實施例提供的一種剛體轉動慣量演示裝置的電路原理圖。

附圖中，1-背板；2-實驗裝置，21-吸盤式電磁鐵，22-鋼球，23-平衡桿，24-通孔，25-中心軸，26-加碼件,27-推拉式電磁鐵,28-頂桿；3-控制裝置，31-電源，32-單刀雙擲開關；4-支撐架，41-U型槽

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本專利的保護范圍。

如圖1、圖2和圖3，一種剛體轉動慣量演示裝置包括背板1、實驗裝置2、控制裝置3和支撐架4。實驗裝置2安裝在背板1上，背板1采用亞力克板，實驗裝置2包括位于背板1前面的吸盤式電磁鐵21、鋼球22、平衡桿23、加碼件26和位于背板1后面的推拉式電磁鐵27。平衡桿23對稱設置有通孔24，通孔24的數量為4-6組，且平衡桿23的中心位置設置有中心軸25，中心軸25穿過背板1使平衡桿23可轉動地安裝在背板1上。本實施例中，平衡桿23采用木質材質；當然，也可以采用塑料材質。吸盤式電磁鐵21安裝在平衡桿23水平時的一端的上方,推拉式電磁鐵27設置在中心軸25的下方，推拉式電磁鐵27的頂桿28頂住穿過背板1的中心軸25，中心軸25上與頂桿28的接觸部位為平面。實驗裝置2的數量為三個，并且三個實驗裝置2呈同一水平線布置在背板1上；三個吸盤式電磁鐵21設置在同一電路，三個推拉式電磁鐵27設置在另一電路；三個吸盤式電磁鐵21的同一位置設置有定位點，定位點用于定位鋼球22，且各個定位點到平衡桿23的中心軸的水平距離相等，可保證三個演示實驗的初始條件相同。本實施例中，加碼件26為同一規格的螺釘和螺帽，對稱的放置在平衡桿23的通孔24中，可改變整個平衡桿23的質量和質心分布。

控制裝置3包括電源31和單刀雙擲開關32，電源31分別與吸盤式電磁鐵21和推拉式電磁鐵27電連接，且單刀雙擲開關32布置在吸盤式電磁鐵21電路、推拉式電磁鐵27電路和電源31之間，單刀雙擲開關32可單獨接通吸盤式電磁鐵21電路或推拉式電磁鐵27電路，使得整個結構更為簡潔，不需要反復的接通或斷開吸盤式電磁鐵電路或推拉式電磁鐵電路。電源的電壓為5V，提高了剛體轉動慣量演示裝置的安全性。

支撐架4上設置有U型槽41，U型槽41的開口向上。背板1放置在U型槽41中，與支撐架4的底面垂直，以保證鋼球自由落下時能夠撞擊在平衡桿上，使平衡桿發生轉動，便于同學們在講臺下觀看剛體轉動慣量的演示。

上述剛體轉動慣量演示裝置的演示方法是：將單刀雙擲開關32撥到推拉式電磁鐵27的電路，使推拉式電磁鐵27的頂桿28收縮，將三個平衡桿23調至水平位置；斷開推拉式電磁鐵27的電路，推拉式電磁鐵27的頂桿28伸出，頂住平衡桿23的中心軸25，保持平衡桿23的水平位置；單刀雙擲開關32撥到吸盤式電磁鐵21的電路，把三個鋼球22分別布置在三個吸盤式電磁鐵21上的定位點；將兩套螺釘螺帽對稱布置在三個平衡桿23上不同位置的通孔24中，或將不同偶數套螺釘螺帽對稱布置在三個平衡桿23上的通孔24中；單刀雙擲開關32撥到推拉式電磁鐵27的電路，頂桿28收縮，三個平衡桿23處于可轉動狀態，同時吸盤式電磁鐵21斷電，磁性消失，三個鋼球22同時落下，給三個平衡桿23一個相同的轉動力矩，從而可以清晰的觀察到剛體轉動慣量的影響因素。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求和說明書的范圍當中。