谭子涵 姚哲芳

摘   要：本文针对传统科氏加速度演示仪的结构、体型和造价进行了分析，设计出了一种造价较低、体型较小对科氏加速度存在与否进行定性分析的科氏加速度演示仪，并且绘出了科氏加速度演示仪的三视图制作出了等比模型分析。此外，还对科氏加速度演示仪的加速带长度和皮带尺寸进行了计算。现有的科氏加速度演示仪往往体型较大，难以携带，造价较高，要想让学生们在课堂更好地理解科氏加速度的存在，就必须设计出一种能为所有同学配备的体型较小的科氏加速演示仪。

关键词：科氏加速度演示仪  体积较小  造价经济  定性分析

中图分类号：TS951                                 文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0065-02

1  科氏加速度的概念以及现有的科氏加速度演示仪

科氏加速度是由于动系为转动时，牵引运动与相对运动相互运动相互影响而产生的。其的计算公式可以写为：ac=2w×vr，科氏加速度是1832年由科里奥利发现的，因而命名为科里奥利加速度，简称科氏加速度。这种科氏加速度在自然现象中是有所表现的，例如在北半球的江河，其右岸都受有较明显的冲刷。

目前，无论是天津大学研制的双电机科氏加速度演示平台，还是河海大学研制的转盘水泵式演示平台，抑或是宁夏大学研制的平面机械带式演示仪，抑或是厦门大学研制出的科氏加速度演示仪，它们的体积都较为庞大，结构稍复杂，难以在理论力学课堂上展示。虽然武汉理工大学的机械式科氏加速度演示仪和北华大学研究出的立体科氏加速度演示仪体积小巧，但是难以做到易拿易演示，仪器难以让全部同学能够人手一个，在课堂展示上没能让同学们有亲手实验学习的效果。

2  新型科氏加速度演示仪的原理图

本文通过研究大量资料并结合实际情况对现有存在科氏加速度的体系的原理结构图进行了总结分析，针对体型较小、造价较低的要求进行了合理的设计和改进，最终我们选用了一个科氏加速度演示仪的设计原理图，如图1所示。

本科氏加速度演示机制主要是依靠主轴的旋转和皮带的旋转作用，令皮带上的小物块受科氏加速度演示仪的作用。本科氏加速演示仪在使用时不可避免地需要考虑风力和摩擦力的影响。而科氏加速度与相对速度垂直，所以有摩擦力不影响观察的现象和得到的结论，所以我们只要通过改变皮带旋转方向来分析排除风力存在对演示的影响。

若改变皮带旋转方向，小物体分别从皮带边缘的左右两端的相同位置滑落皮带，则说明该实验中风力影响可忽略不计;若改变皮带旋转方向，小物体分别从左右两端的不同位置下落，则说明该实验中科氏力大于风力的影响;若改变皮带旋转方向，小物体从左或右端的不同位置下落，则说明该实验中风力大于科氏力的影响;若改变皮带旋转方向，小物体从左或右端的相同位置下落或者沿着皮带传送不从左右两端下落，则说明该实验中没有科氏加速度的存在。

3  科氏加速度演示仪的设计及计算

我们设计的小物块的大小为边长为4mm的小立方体，主轴采用的为3V5r/min的马达驱动，皮带采用3V100r/min的马达驱动，皮带连接正反可逆开关以改变皮带的旋转方向，本科氏加速度演示仪釆用了一种自创的带状盒子的演示机构。科氏加速度演示仪的三视图如图2。

科氏加速度演示仪的规格小于200mm×200mm×

200mm，其主要尺寸如下：

（1）底部基座规格为180mm×120mm×60mm，其主要结构为铝合金，通过自重和与基面较大的接触面积以来达到支撑整体构造的目的。

（2）演示仪主体部分规格为130mm×100mm×80mm，其主要连接结构为塑料，结构较轻，方便基座结构支撑。

（3）皮带及传送轮的选材与尺寸计算：

皮带主要的材质是橡胶，传送轮的材质主要为塑料，小物块选用木材，加速轨道选用塑料（为可拆装护栏构造，保证小物块在加速轨道加速时不发生左右偏移），这些都选用轻质的材料，节约造价也能减轻仪器重量。

经过查阅相关资料，我们假设皮带和小物块之间的摩擦因素μ=0.2，选用宽度为40mm的皮带、直径为20mm的传送轮，皮带的驱动为100r/min的马达，主轴的驱动为5r/min的马达，通过初等物理知识我们可以计算出小物块加速到皮带的速度需要的长度约为3mm，我们设计的加速轨道为1cm;小物块在科氏加速度的影响下从皮带两端滑落需要的皮带长度约为5cm，通过对计算结果、风力影响及其他因素的考虑，我们将皮带长度设计成为12cm。

4  结语

本科氏加速度演示仪小巧易携带，造价低，既经济又简单，实验原理和仪器构造让同学们一目了然，可以在理论力学课堂直接使用且每位同学都可配备。设计方案上创新，使用带状盒子的设计，创造出了一种新型的科氏加速度的演示構造。

参考文献

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