一種用于演示矢量關(guān)系的教具的制作方法
【專利摘要】一種用于演示矢量關(guān)系的教具，它包括底座、曲柄座、曲柄、伺服電機(jī)、發(fā)光裝置、滑塊、第一連桿、固定滑塊、第二連桿、滾輪和支撐臺(tái)；底座一端設(shè)置有曲柄座和伺服電機(jī)，另一端設(shè)置有支撐臺(tái)；曲柄下端通過(guò)軸承固定在曲柄座上并穿過(guò)曲柄座通過(guò)聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連接；滑塊嵌套在曲柄上；第一連桿的一端與滑塊上的鉸鏈軸相鉸接，另一端穿過(guò)設(shè)置在支撐臺(tái)頂部的固定滑塊；第二連桿的一端與滑塊上的鉸鏈軸相鉸接，另一端與設(shè)置在支撐臺(tái)內(nèi)的滾輪輪軸相鉸接；滑塊鉸鏈軸的端部、第一連桿穿過(guò)固定滑塊的一端和滾輪輪軸的端部均設(shè)有發(fā)光裝置。本發(fā)明能夠有效地演示矢量關(guān)系，不僅生動(dòng)形象，而且使學(xué)生更加容易理解矢量的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種用于演示矢量關(guān)系的教具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及教學(xué)用具【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說(shuō)是一種用于演示矢量關(guān)系的教具。

【背景技術(shù)】
[0002]高中物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生初步接觸到矢量這個(gè)概念，有些物理量中，既要有數(shù)值大小(包括有關(guān)的單位)，又要有方向才能完全確定。這些量之間的運(yùn)算并不遵循一般的代數(shù)法貝U，而遵循特殊的運(yùn)算法則。比如說(shuō)位移這樣的物理量，這樣的量叫做物理矢量。目前，沒(méi)有一種很形象的展示矢量關(guān)系的教具，尤其是一種演示角速度與線速度以及速度合成等矢量關(guān)系的教具，大部分學(xué)生對(duì)于矢量的相關(guān)知識(shí)和應(yīng)用難以理解和掌握。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于演示角速度與線速度以及速度合成等矢量關(guān)系的教具。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:一種用于演示矢量關(guān)系的教具，其特征是，包括底座、曲柄座、曲柄、伺服電機(jī)、發(fā)光裝置、滑塊、第一連桿、固定滑塊、第二連桿、滾輪和支撐臺(tái)；所述底座為一長(zhǎng)方體平臺(tái)，一端設(shè)置有曲柄座和伺服電機(jī)，另一端設(shè)置有支撐臺(tái)，所述的曲柄座和支撐臺(tái)前側(cè)面與底座前側(cè)面位于同一豎直方向上；所述曲柄下端通過(guò)軸承固定在曲柄座上并穿過(guò)曲柄座通過(guò)聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連接，曲柄在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在平行底座前側(cè)面的豎直方向上運(yùn)動(dòng)；所述滑塊嵌套在曲柄上沿曲柄軸向自由運(yùn)動(dòng)；所述第一連桿的一端與設(shè)置在滑塊上的鉸鏈軸相鉸接，另一端穿過(guò)設(shè)置在支撐臺(tái)頂部的固定滑塊，第一連桿在曲柄的帶動(dòng)下在水平方向上左右運(yùn)動(dòng)；所述第二連桿的一端與設(shè)置在滑塊上的鉸鏈軸相鉸接，另一端與設(shè)置在支撐臺(tái)內(nèi)且在豎直方向上自由上下運(yùn)動(dòng)的滾輪輪軸相鉸接；滑塊鉸鏈軸的端部、第一連桿穿過(guò)固定滑塊的一端和滾輪輪軸的端部均設(shè)有發(fā)光裝置。
[0005]優(yōu)選地，所述支撐臺(tái)的前側(cè)面開(kāi)設(shè)有一個(gè)豎直方向的T型槽，所述T型槽的深度大于滾輪寬度，T型槽的寬度與滾輪直徑相等。
[0006]優(yōu)選地，所述曲柄大端面所在平面、所述第一連桿大端面所在平面和所述第二連桿大端面所在平面相互平行。
[0007]優(yōu)選地，所述發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管、電池和控制開(kāi)關(guān)，所述的發(fā)光二極管、電池和控制開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接。
[0008]優(yōu)選地，所述設(shè)置在滑塊鉸鏈軸端部、第一連桿穿過(guò)固定滑塊一端和滾輪輪軸端部的發(fā)光裝置的發(fā)光二極管分別采用不同顏色的發(fā)光二極管。
[0009]優(yōu)選地，所述設(shè)置在滑塊鉸鏈軸端部的發(fā)光裝置的發(fā)光二極管采用紅色發(fā)光二極管，所述設(shè)置在第一連桿穿過(guò)固定滑塊一端的發(fā)光裝置的發(fā)光二極管采用黃色發(fā)光二極管，所述設(shè)置在滾輪輪軸端部的發(fā)光裝置的發(fā)光二極管采用藍(lán)色發(fā)光二極管。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明能夠有效地演示角速度與線速度的關(guān)系以及速度的合成的矢量關(guān)系，不僅生動(dòng)形象，而且使學(xué)生更加容易理解矢量的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明展開(kāi)時(shí)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖3為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖4為本發(fā)明進(jìn)行速度合成的演示示意圖；
[0015]圖5為本發(fā)明所述速度合成的矢量關(guān)系圖；
[0016]圖中:1底座、2曲柄座、3曲柄、4伺服電機(jī)、5發(fā)光裝置、6滑塊、7第一連桿、8固定滑塊、9第二連桿、10滾輪、11支撐臺(tái)。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為能清楚說(shuō)明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】，并結(jié)合其附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)注意，在附圖中所圖示的部件不一定按比例繪制。本發(fā)明省略了對(duì)公知組件和處理技術(shù)及工藝的描述以避免不必要地限制本發(fā)明。
[0018]如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的一種用于演示矢量關(guān)系的教具，它包括底座1、曲柄座2、曲柄3、伺服電機(jī)4、發(fā)光裝置5、滑塊6、第一連桿7、固定滑塊8、第二連桿9、滾輪10和支撐臺(tái)11 ;所述底座1為一長(zhǎng)方體平臺(tái)，一端設(shè)置有曲柄座2和伺服電機(jī)4，另一端設(shè)置有支撐臺(tái)11，所述的曲柄座2和支撐臺(tái)11前側(cè)面與底座1前側(cè)面位于同一豎直方向上；所述曲柄3下端通過(guò)軸承固定在曲柄座2上并穿過(guò)曲柄座2后通過(guò)聯(lián)軸器與伺服電機(jī)4相連接，曲柄3在伺服電機(jī)4的驅(qū)動(dòng)下在平行底座1前側(cè)面的豎直方向上運(yùn)動(dòng)；所述滑塊6嵌套在曲柄3上沿曲柄3軸向自由運(yùn)動(dòng)；所述第一連桿7的一端與設(shè)置在滑塊6上的鉸鏈軸相鉸接，另一端穿過(guò)設(shè)置在支撐臺(tái)11頂部的固定滑塊8，固定滑塊8設(shè)置有使第一連桿自由穿過(guò)的通孔，第一連桿7在曲柄3的帶動(dòng)下在水平方向上左右運(yùn)動(dòng)；所述第二連桿9的一端與設(shè)置在滑塊6上的鉸鏈軸相鉸接，另一端與設(shè)置在支撐臺(tái)11內(nèi)且在豎直方向上自由上下運(yùn)動(dòng)的滾輪10輪軸相鉸接；滑塊6鉸鏈軸的端部、第一連桿7穿過(guò)固定滑塊8的一端和滾輪10輪軸的端部均設(shè)有發(fā)光裝置5。
[0019]優(yōu)選地，所述支撐臺(tái)11的前側(cè)面開(kāi)設(shè)有一個(gè)豎直方向的用于容納滾輪10的T型槽，所述T型槽的深度大于滾輪10寬度，T型槽的寬度與滾輪10直徑相等，滾輪10在T型槽內(nèi)可以自由上下運(yùn)動(dòng)。
[0020]優(yōu)選地，所述曲柄3大端面所在平面、所述第一連桿7大端面所在平面和所述第二連桿9大端面所在平面相互平行，即曲柄3、第一連桿7和第二連桿9的運(yùn)動(dòng)平面相互平行，保證了矢量關(guān)系演示效果。
[0021]優(yōu)選地，所述發(fā)光裝置5包括發(fā)光二極管、電池和控制開(kāi)關(guān)，所述的發(fā)光二極管、電池和控制開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接，并且所述設(shè)置在滑塊6鉸鏈軸端部、第一連桿7穿過(guò)固定滑塊8一端和滾輪10輪軸端部的發(fā)光裝置5的發(fā)光二極管分別采用不同顏色的發(fā)光二極管，增強(qiáng)了演示效果。為了使演示效果更加生動(dòng)形象，所述設(shè)置在滑塊6鉸鏈軸端部的發(fā)光裝置5的發(fā)光二極管采用紅色發(fā)光二極管，所述設(shè)置在第一連桿7穿過(guò)固定滑塊8 一端的發(fā)光裝置5的發(fā)光二極管采用黃色發(fā)光二極管，所述設(shè)置在滾輪10輪軸端部的發(fā)光裝置5的發(fā)光二極管采用藍(lán)色發(fā)光二極管。
[0022]使用時(shí)，通過(guò)伺服電機(jī)4驅(qū)動(dòng)曲柄3以一定角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，讓學(xué)生觀察三個(gè)發(fā)光裝置5的運(yùn)動(dòng)速度以及運(yùn)動(dòng)軌跡。如圖4和圖5所示，滑塊可沿曲柄滑動(dòng)，第一連桿沿水平運(yùn)動(dòng)，當(dāng)伺服電機(jī)以一定角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾輪以勻速％沿豎直滑槽向上運(yùn)動(dòng)。
[0023]此時(shí)，存在的角速度與線速度關(guān)系:
[0024]ωΒΕ = Ve/0E, Vb = ωΒΕ*0Β, ω = VE/0B
[0025]存在的速度合成關(guān)系:
[0026]Vd = VE+VB
[0027]學(xué)生通過(guò)觀察三個(gè)發(fā)光裝置，結(jié)合速度合成知識(shí)點(diǎn)建立三個(gè)發(fā)光裝置的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，從而了解角速度與線速度的關(guān)系以及速度的合成關(guān)系，進(jìn)一步理解矢量相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。
[0028]以上所述只是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也被視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種用于演示矢量關(guān)系的教具，其特征是，包括底座、曲柄座、曲柄、伺服電機(jī)、發(fā)光裝置、滑塊、第一連桿、固定滑塊、第二連桿、滾輪和支撐臺(tái)；所述底座為一長(zhǎng)方體平臺(tái)，一端設(shè)置有曲柄座和伺服電機(jī)，另一端設(shè)置有支撐臺(tái)，所述的曲柄座和支撐臺(tái)前側(cè)面與底座的前側(cè)面位于同一豎直方向上；所述曲柄下端通過(guò)軸承固定在曲柄座上并穿過(guò)曲柄座通過(guò)聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連接，曲柄在伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下在平行底座前側(cè)面的豎直方向上運(yùn)動(dòng)；所述滑塊嵌套在曲柄上沿曲柄軸向自由運(yùn)動(dòng)；所述第一連桿的一端與設(shè)置在滑塊上的鉸鏈軸相鉸接，另一端穿過(guò)設(shè)置在支撐臺(tái)頂部的固定滑塊，第一連桿在曲柄的帶動(dòng)下在水平方向上左右運(yùn)動(dòng)；所述第二連桿的一端與設(shè)置在滑塊上的鉸鏈軸相鉸接，另一端與設(shè)置在支撐臺(tái)內(nèi)且在豎直方向上自由上下運(yùn)動(dòng)的滾輪輪軸相鉸接；滑塊鉸鏈軸的端部、第一連桿穿過(guò)固定滑塊的一端和滾輪輪軸的端部均設(shè)有發(fā)光裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于演示矢量關(guān)系的教具，其特征是，所述支撐臺(tái)的前側(cè)面開(kāi)設(shè)有一個(gè)豎直方向的T型槽，所述T型槽的深度大于滾輪寬度，T型槽的寬度與滾輪直徑相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于演示矢量關(guān)系的教具，其特征是，所述曲柄大端面所在平面、所述第一連桿大端面所在平面和所述第二連桿大端面所在平面相互平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的一種用于演示矢量關(guān)系的教具，其特征是，所述發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管、電池和控制開(kāi)關(guān)，所述的發(fā)光二極管、電池和控制開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于演示矢量關(guān)系的教具，其特征是，所述設(shè)置在滑塊鉸鏈軸端部、第一連桿穿過(guò)固定滑塊一端和滾輪輪軸端部的發(fā)光裝置的發(fā)光二極管分別采用不同顏色的發(fā)光二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于演示矢量關(guān)系的教具，其特征是，所述設(shè)置在滑塊鉸鏈軸端部的發(fā)光裝置的發(fā)光二極管采用紅色發(fā)光二極管，所述設(shè)置在第一連桿穿過(guò)固定滑塊一端的發(fā)光裝置的發(fā)光二極管采用黃色發(fā)光二極管，所述設(shè)置在滾輪輪軸端部的發(fā)光裝置的發(fā)光二極管采用藍(lán)色發(fā)光二極管。
【文檔編號(hào)】G09B23/10GK104240565SQ201410550918
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】鄧永紅, 屈忠鋒 申請(qǐng)人:濟(jì)南大學(xué)