專利名稱：圓周運(yùn)動(dòng)演示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物理教學(xué)器具，尤其是一種圓周運(yùn)動(dòng)演示器。
目前，在高中物理教學(xué)過程中，尚未有專門用于演示圓周運(yùn)動(dòng)尤其是勻速圓周運(yùn)動(dòng)的教學(xué)儀器。
本實(shí)用新型旨在提供一種能生動(dòng)、形象、直觀地演示圓周運(yùn)動(dòng)的概念與規(guī)律，清楚表達(dá)線速度、角速度和半徑三者之間的關(guān)系，可與數(shù)碼相機(jī)、實(shí)物投影儀、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備相結(jié)合的圓周運(yùn)動(dòng)演示器。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型將自閃式物體運(yùn)動(dòng)顯示器應(yīng)用到做圓周運(yùn)動(dòng)的物體上。
本實(shí)用新型設(shè)有背景板、旋轉(zhuǎn)直尺、閃光器、電機(jī)、固定架，背景板和電機(jī)固定在固定架上，旋轉(zhuǎn)直尺設(shè)于背景板前方并固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，閃光器固定在旋轉(zhuǎn)直尺上，在旋轉(zhuǎn)直尺的端點(diǎn)、端點(diǎn)與中點(diǎn)之間的中點(diǎn)分別設(shè)發(fā)光管。閃光器可采用自閃式物體運(yùn)動(dòng)顯示器，發(fā)光管位于顯示器的中心，也位于旋轉(zhuǎn)直尺的中點(diǎn)。
本設(shè)計(jì)將“自閃式物體運(yùn)動(dòng)顯示器”與簡單設(shè)備結(jié)合起來，能生動(dòng)、形象、直觀地演示勻速運(yùn)動(dòng)的概念、規(guī)律，尤其能清楚地表達(dá)線速度v、角速度ω、半徑r三者之間的關(guān)系，提高了學(xué)生對圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解，提高了演示和教學(xué)的質(zhì)量。另外本實(shí)用新型還可以與數(shù)碼相機(jī)、實(shí)物投影儀、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備相結(jié)合。用數(shù)碼相機(jī)通過USB口與電腦連接，進(jìn)行圖象處理、打?。换蛑苯佑肰IDEO與電視機(jī)、大屏幕顯示器連接，其可視范圍大，并能直接在屏幕上分析、比較。實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代教育技術(shù)的相結(jié)合。同時(shí)，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡單、制作簡便、成本低，可以批量生產(chǎn)或自己制作。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為
圖1的左視圖。
圖3為物體作勻速圓周運(yùn)動(dòng)變化情況示意圖。
圖4為自閃式物體運(yùn)動(dòng)顯示器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為采用555時(shí)基電路的閃光電路原理圖。
以下實(shí)施例將結(jié)合其使用情況對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。
圖1，2給出了本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，由
圖1，2可見，本實(shí)用新型設(shè)有圓形背景板1、旋轉(zhuǎn)直尺2、閃光器3、電機(jī)4、固定架。固定架由電機(jī)架51，一對立柱52、53，底座54組成，背景板1固定在電機(jī)架51或立柱52、53上，最好是固定在電機(jī)架51上，電機(jī)架51再固定在立柱52、53上，立柱52、53固定在底座54上。電機(jī)4固定在電機(jī)架51上。旋轉(zhuǎn)直尺2設(shè)于背景板1的前方，并固定在電機(jī)4的轉(zhuǎn)子外套上，閃光器3采用自閃式物體運(yùn)動(dòng)顯示器，并固定在旋轉(zhuǎn)直尺2的中點(diǎn)C。在旋轉(zhuǎn)直尺2的一端點(diǎn)A、A與C之間的中點(diǎn)B分別設(shè)發(fā)光二極管(記為發(fā)光管A、B)，發(fā)光管A、B與位于C點(diǎn)的顯示器3的發(fā)光二極管(記為發(fā)光管C)連接。
背景板1作為閃光器3旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的背景顯示板，制作時(shí)，背景板1的中心可留有一個(gè)比電機(jī)轉(zhuǎn)子外套直徑略大一些的圓孔，以便由此處固定旋轉(zhuǎn)直尺。旋轉(zhuǎn)直尺2與圓形背景板1之間有一定間隙，以利轉(zhuǎn)動(dòng)。重要的是包括發(fā)光管、閃光器及外蓋、旋轉(zhuǎn)直尺的整體的重心，必須盡量準(zhǔn)確地通過電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，以保證它的運(yùn)動(dòng)是種勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而不會(huì)發(fā)生由于偏心而引起的振動(dòng)。
以下給出一個(gè)使用實(shí)施例將電機(jī)電源線接6～12V直流電源，接通閃光器和直流電源開關(guān)，并調(diào)整電源輸入電壓。旋轉(zhuǎn)直尺的旋轉(zhuǎn)速度，將隨電壓的升高而加快，可以看到發(fā)光管A、B在背景板前方畫出一道道孤線，隨著電壓的升高，其圖案變化見圖3(a，b，c，d)。由圖3可見1、輸入電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，閃光器的閃光頻率周期和占空比是固定的，因此速度越快，孤線越長。線速度定義為勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體通過孤線長與時(shí)間的比值。閃光的時(shí)間是一定的，孤線越長，表示線速度越大。(d的線速度均比a、b、c大)。
2、閃光器與發(fā)光管和旋轉(zhuǎn)直尺連為一體，其角速度是相同的，由于發(fā)光管A的半徑為發(fā)光管B的兩倍，A的亮線長為B的兩倍，這就證明了V＝ωr(即線速度與半徑成正比)。
3、發(fā)光管A、B的半徑是固定的，即r一定，電壓升高，轉(zhuǎn)速越大，角速度ω＝2πn，(n為電機(jī)轉(zhuǎn)速)，孤線越長，線速度越大，V＝rω。
閃光管可畫孤線的圖樣與發(fā)光管的發(fā)光頻率f、占空比、旋轉(zhuǎn)半徑、電機(jī)轉(zhuǎn)速n均有一定關(guān)系。當(dāng)f/n＝k，k為正整數(shù)時(shí)，其圖樣會(huì)穩(wěn)定下來。舉例如下設(shè)f＝10Hz，占空比1∶3，電機(jī)轉(zhuǎn)速n。
當(dāng)n＝1轉(zhuǎn)/s時(shí)，k＝10，圓周上會(huì)出現(xiàn)10條亮孤線；n＝2轉(zhuǎn)/s時(shí)，k＝5，圓周上會(huì)出現(xiàn)5條亮孤線；n＝2.5轉(zhuǎn)/s時(shí)，k＝4，圓周上會(huì)出現(xiàn)4條亮孤線；n＝3.3轉(zhuǎn)/s時(shí)，k＝3，圓周上會(huì)出現(xiàn)3條亮孤線；n＝5轉(zhuǎn)/s時(shí)，k＝2，圓周上會(huì)出現(xiàn)2條亮孤線；n＝10轉(zhuǎn)/s時(shí)，k＝1，圓周上會(huì)出現(xiàn)1條亮孤線；
n＝20轉(zhuǎn)/s時(shí)，k＝0.5，圓周上會(huì)出現(xiàn)1條，長度為k＝1時(shí)的兩倍。當(dāng)k不等于正整數(shù)時(shí)，圖案孤線會(huì)旋轉(zhuǎn)而不穩(wěn)定。
以下給出采用自閃式物體運(yùn)動(dòng)顯示器的閃光器的結(jié)構(gòu)及電路原理，參見圖4，5。閃光器由殼體11、閃光電路與電路板12、后蓋13和被測物體固定件14等組成。閃光電路置于電路板上，閃光二極管LED置于中間，兩側(cè)為“+”極，電路板12置于殼體11內(nèi)。殼體為圓環(huán)形，前端中心設(shè)透光孔110，殼體內(nèi)壁延設(shè)凸棱柱，以便固定電路板。后蓋13為圓盤形，與殼體11的后端螺接，被測物體固定件14設(shè)于后蓋13上，可采用強(qiáng)磁體或螺釘，用強(qiáng)磁體吸在鐵質(zhì)運(yùn)動(dòng)物體上，或用螺釘固定在運(yùn)動(dòng)物體上。在電路板12與后蓋13之間置放電池15，電池15的“+”極與電路板兩側(cè)的“+”極相通，電池15的“-”極與電路板底側(cè)的“-”相通。能產(chǎn)生頻閃的電路形式很多，圖5給出采用555時(shí)基電路的閃光電路原理圖。IC1為555時(shí)基電路，電容C1和電阻R1、R2為輔助電路，LED1為發(fā)光二極管。
權(quán)利要求1.圓周運(yùn)動(dòng)演示器，其特征在于設(shè)有背景板、旋轉(zhuǎn)直尺、閃光器、電機(jī)、固定架，背景板和電機(jī)固定在固定架上，旋轉(zhuǎn)直尺設(shè)于背景板前方并固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，閃光器固定在旋轉(zhuǎn)直尺上，在旋轉(zhuǎn)直尺的端點(diǎn)、端點(diǎn)與中點(diǎn)之間的中點(diǎn)分別設(shè)發(fā)光管。
2.如權(quán)利要求1所述的圓周運(yùn)動(dòng)演示器，其特征在于閃光器采用自閃式物體運(yùn)動(dòng)顯示器，發(fā)光管位于顯示器的中心，也位于旋轉(zhuǎn)直尺的中點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求1所述的圓周運(yùn)動(dòng)演示器，其特征在于固定架由電機(jī)架、一對立柱、底座組成，背景板固定在電機(jī)架或立柱上。
4.如權(quán)利要求3所述的圓周運(yùn)動(dòng)演示器，其特征在于背景板固定在電機(jī)架上，電機(jī)架再固定在立柱上，立柱固定在底座上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種物理教學(xué)器具，尤其是一種圓周運(yùn)動(dòng)演示器。設(shè)有背景板、旋轉(zhuǎn)直尺、閃光器、電機(jī)、固定架，背景板和電機(jī)固定在固定架上，旋轉(zhuǎn)直尺設(shè)于背景板前方并固定在電機(jī)的轉(zhuǎn)子上，閃光器固定在旋轉(zhuǎn)直尺上，在旋轉(zhuǎn)直尺的端點(diǎn)、端點(diǎn)與中點(diǎn)之間的中點(diǎn)分別設(shè)發(fā)光管。能生動(dòng)、形象、直觀地演示勻速運(yùn)動(dòng)的概念、規(guī)律，能清楚地表達(dá)線速度、角速度、半徑之間的關(guān)系，提高學(xué)生對圓周運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解，還可與數(shù)碼相機(jī)、實(shí)物投影儀、計(jì)算機(jī)等相結(jié)合。用數(shù)碼相機(jī)與電腦連接，進(jìn)行圖象處理；或直接與電視機(jī)、大屏幕顯示器連接，其可視范圍大，并能直接在屏幕上分析、比較。實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)經(jīng)典教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)代教育技術(shù)的相結(jié)合。
文檔編號G09B23/00GK2537084SQ02232388
公開日2003年2月19日 申請日期2002年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月18日
發(fā)明者練仰賢, 張宏 申請人:廈門外國語學(xué)校