專(zhuān)利名稱(chēng)：磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)儀，特別是一種用于中學(xué)教學(xué)上的力學(xué)實(shí)驗(yàn)儀。
(二)、技術(shù)背景在高中物理中，豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的凸凹橋問(wèn)題是傳統(tǒng)的重難點(diǎn)知識(shí)，對(duì)于汽車(chē)通過(guò)凸橋頂端時(shí)對(duì)橋的壓力減小，經(jīng)過(guò)凹橋底部時(shí)對(duì)橋的壓力增大這一理論知識(shí)，學(xué)生總?cè)狈Ω行哉J(rèn)識(shí)，難以信服。解決這一問(wèn)題的唯一辦法是讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)。可惜長(zhǎng)期以來(lái)，一直沒(méi)有滿(mǎn)意的實(shí)驗(yàn)儀器供使用，只是教參上介紹了一種雙鐵絲凸凹橋軌道。如圖4所示，它是用兩根平行的鐵絲，彎曲成M形的凸凹軌道，在凹橋底部的兩鐵絲之間做了一個(gè)搭鉤，兩根鐵絲的四個(gè)端腳固在水平底座上。調(diào)節(jié)兩鐵絲軌道間的寬度，使鋼質(zhì)小球放在凹橋底部掉不下去，但稍加一點(diǎn)壓力，小球即可掉下，如果把小球放在凸橋頂端，小球恰好可以掉下去。演示時(shí)，把小球放在凹橋底部，使小球掉不下去，再讓小球從斜軌上方滾下，可以看到小球?qū)绍壍罁伍_(kāi)從中掉下，這可以說(shuō)明運(yùn)動(dòng)小球經(jīng)過(guò)凹橋底部時(shí)對(duì)橋壓力大于靜止時(shí)的壓力。將凹橋下的搭鉤鉤上，置小球于凸橋頂端，小球?qū)騼绍墦伍_(kāi)，正好從中落下，如果使小球從斜軌上滾下，則可以看到小球沿凸橋頂端滾過(guò)，這說(shuō)明運(yùn)動(dòng)小球經(jīng)過(guò)凸橋頂端時(shí)對(duì)橋的壓力小于靜止時(shí)的壓力。通過(guò)實(shí)踐證明，上述的實(shí)驗(yàn)儀不易達(dá)到所述的演示效果，它主要存在著如下的缺點(diǎn)1.凸凹橋兩鐵絲間距系手工扳扭而成，而且二者還相互牽制影響，故操作極為不便，可靠性差。
2.作凹橋?qū)嶒?yàn)時(shí)，往往小球在尚未到達(dá)凹橋底部就撐開(kāi)兩鐵絲而掉下，因而準(zhǔn)確性差。
3.由于小球常常是從凹橋的某一位置撐開(kāi)鐵絲而掉下，因此，小球通過(guò)凹橋底部時(shí)的“通過(guò)”得不到體現(xiàn)，真實(shí)感不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活簡(jiǎn)便、演示準(zhǔn)確可靠和說(shuō)服力強(qiáng)的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，它是通過(guò)銷(xiāo)軸與演示架板鉸接的設(shè)置有軟磁性材質(zhì)的杠桿的左端通過(guò)活動(dòng)連接裝置與弧形雙面槽軌的中部連接，且保證弧形雙面槽軌所在的平面與杠桿垂直，與杠桿的下方相對(duì)應(yīng)且在演示架板上水平設(shè)置有滑槽，在滑槽內(nèi)自由滑移的磁鐵或電磁鐵通過(guò)杠桿的軟磁性材質(zhì)將杠桿的右側(cè)吸住，支架上設(shè)置有與弧形雙面槽軌相對(duì)應(yīng)的引橋槽軌。
將本實(shí)用新型的弧形雙面槽軌可以通過(guò)活動(dòng)連接裝置使其圓弧內(nèi)側(cè)朝上，形成凹橋，也可以使其圓弧內(nèi)側(cè)朝下，形成凸橋。本實(shí)用新型的基本原理是把鋼質(zhì)小球?qū)ν拱紭驂毫ψ兓倪@種看不見(jiàn)現(xiàn)象，用看得見(jiàn)的杠桿平衡的變化來(lái)表達(dá)出來(lái)，它是這樣工作的1.演示凹橋通過(guò)活動(dòng)連接裝置把弧形雙面槽軌調(diào)節(jié)成圓弧內(nèi)側(cè)朝上，以形成凹橋。
(1)小球靜止與運(yùn)動(dòng)時(shí)相比較將鋼質(zhì)小球靜止地置于凹橋底部，一只手托住弧形雙面槽軌，另一只手沿滑槽左右移動(dòng)磁鐵或電磁鐵的位置，使以杠桿與演示架板的鉸接點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸，鋼質(zhì)小球、弧形槽軌和銷(xiāo)軸左側(cè)的杠桿所產(chǎn)生逆時(shí)針力矩的總和恰好等于磁鐵或電磁鐵對(duì)杠桿吸引力和銷(xiāo)軸右側(cè)的杠桿所產(chǎn)生順時(shí)針力矩的總和。然后，將磁鐵或電磁鐵的位置略往右移一點(diǎn)位置，以保證鋼質(zhì)小球靜止于凹橋底時(shí)，決不會(huì)壓下弧形雙面槽軌。隨即，將鋼質(zhì)小球從凹橋較高處無(wú)初速釋放，當(dāng)小球運(yùn)動(dòng)到凹橋底部時(shí)，定將凹橋壓下，杠桿右臂掙脫磁鐵或電磁鐵的吸引而向上翹起，這就可以向?qū)W生清楚地表明運(yùn)動(dòng)物體通過(guò)凹橋底部時(shí)對(duì)凹橋的壓力大于靜止時(shí)的壓力。
(2)小球具有不同速度時(shí)相比較將磁鐵或電磁鐵在上述位置的基礎(chǔ)上再往右移動(dòng)一段較大距離，將鋼質(zhì)小球從凹橋大約半高處無(wú)初速釋放，鋼質(zhì)小球?qū)⒁暂^低的速度通過(guò)凹橋底部時(shí)，不至于將凹橋壓下。再將鋼質(zhì)小球從凹橋最高處無(wú)初速釋放，鋼質(zhì)小球?qū)⒁暂^高的速度通過(guò)凹橋底部，同時(shí)定將凹橋壓下，杠桿右臂掙脫磁鐵或電磁鐵的吸引而向上翹起，這就可以向?qū)W生清楚地表明運(yùn)動(dòng)物體以不同速度通過(guò)凹橋底部時(shí)，速度越大，物體對(duì)凹橋的壓力越大。反之亦然。
2.演示凸橋通過(guò)活動(dòng)連接裝置把弧形雙面槽軌調(diào)節(jié)成圓弧內(nèi)側(cè)朝下，也即把上述處于凹橋狀態(tài)的弧形雙面槽軌翻轉(zhuǎn)180度，以形成凸橋。調(diào)整支架，使引橋槽軌與凸橋的槽軌相對(duì)應(yīng)。
(1)小球靜止與運(yùn)動(dòng)時(shí)相比較讓鋼質(zhì)小球靜放于凸橋的頂端，為了防止鋼質(zhì)小球在凸橋頂端的滾動(dòng)，可以在鋼質(zhì)小球底下墊上塑料泡沫片。一只手托住弧形雙面槽軌，另一只手沿滑槽左右移動(dòng)磁鐵或電磁鐵的位置，使以杠桿與演示架板的鉸接點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸，鋼質(zhì)小球、弧形槽軌和銷(xiāo)軸左側(cè)的杠桿所產(chǎn)生逆時(shí)針力矩的總和恰好等于磁鐵或電磁鐵對(duì)杠桿吸引力和銷(xiāo)軸右側(cè)的杠桿所產(chǎn)生順時(shí)針力矩的總和。然后，將磁鐵或電磁鐵的位置略往左移一點(diǎn)，以保證鋼質(zhì)小球靜止于凸橋頂端時(shí)，定會(huì)壓下弧形雙面槽軌，即壓下凸橋，杠桿右端上翹。隨即，取下鋼質(zhì)小球及塑料泡沫片，將鋼質(zhì)小球從引橋槽軌較高處無(wú)初速釋放，使鋼質(zhì)小球以一定的速度進(jìn)入凸橋，鋼質(zhì)小球必將安然地通過(guò)凸橋而絕不會(huì)把凸橋壓下。這就可以清楚地向?qū)W生表明運(yùn)動(dòng)物體通過(guò)凸體頂端時(shí)對(duì)凸橋的壓力小于靜止時(shí)對(duì)凸橋的壓力。
(2)小球具有不同速度時(shí)相比較將磁鐵或電磁鐵在上述位置的基礎(chǔ)上再往左移動(dòng)一段較大距離，此時(shí)，意味著靜放于凸橋頂端的鋼質(zhì)小球更容易壓下凸橋。把鋼質(zhì)小球從引橋槽軌的較低處無(wú)初速釋放，此時(shí)，鋼質(zhì)小球以較低的速度經(jīng)過(guò)凸橋頂端，定將壓下凸橋。然后再將鋼質(zhì)小球從引橋槽軌的高處無(wú)初速釋放，鋼質(zhì)小球以較高的速度經(jīng)過(guò)凸橋頂端，而不會(huì)壓下凸橋，這便向?qū)W生清楚地表明，物體以不同速度通過(guò)凸橋頂端時(shí)，速度越小，物體對(duì)凸橋的壓力越大；反之亦然。
在本實(shí)用新型中，弧形雙面槽軌所在的平面與杠桿垂直是本實(shí)用新型的關(guān)鍵之一，只有這樣，鋼質(zhì)小球?qū)⌒坞p面槽軌上各處壓力的水平分量相對(duì)于杠桿轉(zhuǎn)軸的力矩為零，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果的只是鋼質(zhì)小球?qū)⌒坞p面槽軌壓力的豎直分量，而這些壓力的豎直分量相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的力臂是相等的，所以，壓力力矩大小的改變就只取決于壓力豎直分量的大小的改變。在凸橋頂端和凹橋底部，壓力的豎直分量將達(dá)到極值，并等于此時(shí)鋼質(zhì)小球?qū)ν箻蚧虬紭驂毫Φ拇笮?。于是，就可以通過(guò)調(diào)整磁鐵或電磁鐵位置來(lái)使鋼質(zhì)小球僅在通過(guò)凸橋頂端或凹橋底部時(shí)，才使杠桿平衡發(fā)生變化而產(chǎn)生動(dòng)作。反過(guò)來(lái)，可以利用杠桿平衡的變化來(lái)反映出鋼質(zhì)小球在通過(guò)凸橋頂端和凹橋底部時(shí)，對(duì)橋壓力大小的變化。本實(shí)用新型成功的另一個(gè)關(guān)鍵是采用磁鐵或電磁鐵通過(guò)杠桿上的軟磁性材質(zhì)對(duì)杠桿的吸引來(lái)平衡杠桿，一旦杠桿掙脫磁鐵或電磁鐵的吸引，磁鐵或電磁鐵對(duì)杠桿的吸引力迅速減小，使杠桿迅速上翹，以產(chǎn)生一個(gè)鮮明、準(zhǔn)確的信號(hào)，顯著地提高演示效果。本實(shí)用新型中所采用的軟磁性材質(zhì)可以是軟鐵皮，它設(shè)置于杠桿的底部。
本實(shí)用新型還可以演示當(dāng)鋼質(zhì)小球以越來(lái)越大的速度進(jìn)入凸橋時(shí)，將會(huì)發(fā)生斜下拋、平拋、斜上拋等物理現(xiàn)象。
由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確可靠、演示效果顯著和說(shuō)服力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，它不僅可以演示物體對(duì)凸凹橋底部或頂部壓力變化的效果，還可以演示物體通過(guò)凸橋速度越來(lái)越大時(shí)所發(fā)生的物理現(xiàn)象。


本實(shí)用新型的附圖說(shuō)明如下圖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為圖1的俯視圖；圖4為現(xiàn)有教參中所介紹的凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀。
圖中1.銷(xiāo)軸；2.演示架板；3.杠桿；4.弧形雙面槽軌；5.滑槽；6.磁鐵或電磁鐵；7.支架；8.引橋槽軌；9.插桿；10.銷(xiāo)孔；11.孔洞；12.銷(xiāo)孔；13.活動(dòng)銷(xiāo)；14.限位釘；15.合頁(yè)；16.伸縮桿；17.滑槽孔；18.套桿；19.螺栓；20.緊固螺母；21.電池；22.蜂鳴器；23.金屬片；24.金屬件；25.標(biāo)尺；26.標(biāo)尺；27.標(biāo)尺。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1、2、3所示，本實(shí)用新型是通過(guò)銷(xiāo)軸1與演示架板2鉸接的設(shè)置有軟磁性材質(zhì)的杠桿3的左端通過(guò)活動(dòng)連接裝置與弧形雙面槽軌4的中部連接，且保證弧形雙面槽軌4所在的平面與杠桿3垂直，與杠桿3的下方相對(duì)應(yīng)且在演示架板2上水平設(shè)置有滑槽5，在滑槽5內(nèi)自由滑移的磁鐵或電磁鐵6通過(guò)杠桿3的軟磁性材質(zhì)將杠桿3的右側(cè)吸住，支架7上設(shè)置有與弧形雙面槽4軌相對(duì)應(yīng)的引橋槽軌8。
如圖1、2所示，活動(dòng)連接裝置是一端與弧形雙面槽軌4固連的插桿9上設(shè)置有銷(xiāo)孔10，杠桿3的左端沿軸向設(shè)置有與插桿9相配合的孔洞11，杠桿3的左側(cè)徑向上設(shè)置與插桿9上的銷(xiāo)孔10相對(duì)應(yīng)的銷(xiāo)孔12，插進(jìn)杠桿3的孔洞11內(nèi)的插桿9通過(guò)活動(dòng)銷(xiāo)13、插桿上的銷(xiāo)孔10、杠桿3上的銷(xiāo)孔12彼此定位。
如圖1、2、3所示，為了使杠桿右端上翹時(shí)，不要翹得過(guò)高，演示架板2上位于杠桿3右側(cè)的上方固有限位釘14。
如圖2、3所示，為了便于一起攜帶整個(gè)本實(shí)用新型，固定引橋槽軌8的支架7通過(guò)合頁(yè)15與演示架板2鉸接。
如圖3所示，為了便于固定支架7，支架7的后端通過(guò)伸縮式定位裝置與演示架板2連接。所述的伸縮式定位裝置可以是由伸縮桿16、帶滑槽孔17的套桿18、螺栓19和緊固螺母20構(gòu)成，一端與支架7后端鉸接的伸縮桿16的另一端活動(dòng)地插入套桿18內(nèi)，且其端部固有的螺栓19位于滑槽孔17內(nèi)，螺栓19上配有緊固螺母20，套桿18的另一端與演示架板2鉸接。
如圖1所示，為了更清楚更顯著地向?qū)W生演示本實(shí)驗(yàn)，演示架板2底部設(shè)置有電池21、蜂鳴器22，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)彼此串接的電池21和蜂鳴器22的兩根引出導(dǎo)線(xiàn)，一根從杠桿3內(nèi)部穿過(guò)，接到設(shè)置在杠桿3右端的金屬片23上，另一根連接到設(shè)置在限位釘14上金屬件24上。當(dāng)杠桿右端上翹后，與限位釘相碰時(shí)，金屬片23與金屬件24相接觸，電路接通，蜂鳴器發(fā)聲，這不僅讓觀察者看得到，還可以聽(tīng)得到，以得到鮮明、準(zhǔn)確的信號(hào)，顯著地增強(qiáng)演示效果。
如圖1所示，為了進(jìn)一步清楚地表明磁鐵或電磁鐵所處的位置，滑槽5的外側(cè)設(shè)置有標(biāo)尺25。
如圖2所示，為了清楚地表明鋼質(zhì)小球開(kāi)始下落的位置，引橋槽軌8的側(cè)面設(shè)置有標(biāo)尺26。為了看清鋼質(zhì)小球在弧形雙面槽軌4中的位置，弧形雙面槽軌4外側(cè)面設(shè)置有標(biāo)尺27。
權(quán)利要求1.一種磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于通過(guò)銷(xiāo)軸(1)與演示架板(2)鉸接的設(shè)置有軟磁性材質(zhì)的杠桿(3)的左端通過(guò)活動(dòng)連接裝置與弧形雙面槽軌(4)的中部連接，且保證弧形雙面槽軌(4)所在的平面與杠桿(3)垂直，與杠桿(3)的下方相對(duì)應(yīng)且在演示架板(2)上水平設(shè)置有滑槽(5)，在滑槽(5)內(nèi)自由滑移的磁鐵或電磁鐵(6)通過(guò)杠桿(3)的軟磁性材質(zhì)將杠桿(3)的右側(cè)吸住，支架(7)上設(shè)置有與弧形雙面槽(4)軌相對(duì)應(yīng)的引橋槽軌(8)。
2.如權(quán)利要求1所述的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于活動(dòng)連接裝置是一端與弧形雙面槽軌(4)固連的插桿(9)上設(shè)置有銷(xiāo)孔(10)，杠桿(3)的左端沿軸向設(shè)置有與插桿(9)相配合的孔洞(11)，杠桿(3)的左側(cè)徑向上設(shè)置與插桿(9)上的銷(xiāo)孔(10)相對(duì)應(yīng)的銷(xiāo)孔(12)，插進(jìn)杠桿(3)的孔洞(11)內(nèi)的插桿(9)通過(guò)活動(dòng)銷(xiāo)(13)、插桿上的銷(xiāo)孔(10)、杠桿(3)上的銷(xiāo)孔(12)彼此定位。
3.如權(quán)利要求1所述的的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于演示架板(2)上位于杠桿(3)右側(cè)的上方固有限位釘(14)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于固定引橋槽軌(8)的支架(7)通過(guò)合頁(yè)(15)與演示架板(2)鉸接。
5.如權(quán)利要求4所述的的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于支架(7)的后端通過(guò)伸縮式定位裝置與演示架板(2)連接。
6.如權(quán)利要求5所述的的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于伸縮式定位裝置是由伸縮桿(16)、帶滑槽孔(17)的套桿(18)、螺栓(19)和緊固螺母(20)構(gòu)成，一端與支架(7)后端鉸接的伸縮桿(16)的另一端活動(dòng)地插入套桿(18)內(nèi)，且其端部固有的螺栓(19)位于滑槽孔(17)內(nèi)，螺栓(19)上配有緊固螺母(20)，套桿(18)的另一端與演示架板(2)鉸接。
7.如權(quán)利要求4所述的的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于演示架板(2)底部設(shè)置有電池(21)、蜂鳴器(22)，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)彼此串接的電池(21)和蜂鳴器(22)的兩根引出導(dǎo)線(xiàn)，一根從杠桿(3)內(nèi)部穿過(guò)，接到設(shè)置在杠桿(3)右端的金屬片(23)上，另一根連接到設(shè)置在限位釘(14)上金屬件(24)上。
8.如權(quán)利要求4所述的的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于滑槽(5)的外側(cè)設(shè)置有標(biāo)尺(25)。
9.如權(quán)利要求4所述的的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于引橋槽軌(8)的側(cè)面設(shè)置有標(biāo)尺(26)。
10.如權(quán)利要求4所述的的磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于弧形雙面槽軌(4)外側(cè)面設(shè)置有標(biāo)尺(27)。
專(zhuān)利摘要一種磁吸杠桿式凸凹橋?qū)嶒?yàn)儀，其特征在于通過(guò)銷(xiāo)軸與演示架板鉸接的設(shè)置有軟磁性材質(zhì)的杠桿的左端通過(guò)活動(dòng)連接裝置與弧形雙面槽軌的中部連接，且保證弧形雙面槽軌所在的平面與杠桿垂直，與杠桿的下方相對(duì)應(yīng)且在演示架板上水平設(shè)置有滑槽，在滑槽內(nèi)自由滑移的磁鐵或電磁鐵通過(guò)杠桿的軟磁性材質(zhì)將杠桿的右側(cè)吸住，支架上設(shè)置有與弧形雙面槽軌相對(duì)應(yīng)的引橋槽軌。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確可靠、演示效果顯著和說(shuō)服力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，它不僅可以演示物體對(duì)凸凹橋底部或頂部壓力變化的效果，還可以演示物體通過(guò)凸橋速度越來(lái)越大時(shí)所發(fā)生的物理現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G09B23/10GK2609091SQ0323363
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月19日
發(fā)明者陶純湛 申請(qǐng)人:重慶市第一中學(xué)校