利用离心装置实现自动控制速度的机构及其原理

文章系笔者给八中少年班学生辅导物理时，用以发散思维的课外辅导资料，做个记录。

如图所示，这张图与我课堂上给你讲解的（那张草图）略有不同。

本图是下方的传动系统，而右上方的和右侧是调节系统。

你可能会不明白为什么转速加快时，各个部分绿色的运动模式，你仔细看元器件中的那条虚线，说明那两个部件是一个整体，像个钳子一样。所以，转速加快，各部分就是绿色运动方向。

你可以这样来理解这个结构，右下方是空气通道，通过控制空气的流量（氧气的摩尔量）来调整蒸汽机煤的燃烧（热量），进而控制蒸汽机转子的转动速度。（当年瓦特的想法和做法就不得而知了）

下面是我给这个少年班学生布置的作业，大家可以看看。

思考题：

利用电磁学中的运动规律，设计一个简单的装置，来筛选如下8种不同粒子。

已知粒子运动速度相同，假定粒子流是一个一个的过来的，也就是说不考虑各个粒子之间库仑力。

A：m、+q

B：m、-q

C：m、2q

D：m、-2q

E：2m、+q

F：2m、-q

G：2m、2q

H：2m、-2q

下发内容来自百度百科。

离心式调速器，又称瓦特调速器或飞球调速器。英国工程师詹姆斯·瓦特于1788年为他的商业搭档马修·博尔顿的蒸汽机速度控制而设计。瓦特从没有把此装置申请发明。实物是一个锥摆结构连接至蒸汽机阀门，利用负反馈的原理控制蒸汽机的运行速度。这也是第一个自动控制系统。

在离心式调速器中有二颗重球锥摆，其旋转速度和蒸汽机相同，当蒸汽机的速度提高时，重球因离心力移到调速器的外侧，因此会带动机构，关闭蒸汽机进气阀门，使得蒸汽机速度会下降，当蒸汽机速度过低时，重球会移到调速器的内侧，再开启蒸汽机进气阀门。依此原理即可将蒸汽机的速度控制在一定范围内。

文章系笔者给八中少年班学生辅导物理，用到的课外知识补充材料，再次做个记录。