專利名稱:一種理論力學(xué)教具的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種理論力學(xué)教具，具體結(jié)構(gòu)包括船形體、配重及角度盤，角度盤粘附于船形體的上表面，配重設(shè)于船形體的上表面，角度可以調(diào)節(jié)。本裝置可以探究理論力學(xué)中摩擦、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的內(nèi)容，直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象使學(xué)生更容易接受系列理論力學(xué)知識(shí)，為老師降低教學(xué)難度，提升教學(xué)質(zhì)量，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并且該教具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，制作成本低，適合大范圍推廣和普及，也可做一種娛樂(lè)、科學(xué)玩具或家居裝飾品。
【專利說(shuō)明】一種理論力學(xué)教具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種理論力學(xué)教具，屬于演示教具【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種用于探宄理論力學(xué)中的摩擦、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的便攜式課堂演示教具。

【背景技術(shù)】
[0002]理論力學(xué)的教學(xué)與學(xué)習(xí)是比較枯燥的，純理論性強(qiáng)，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)不能直觀的看到由受力所引起的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師也不便于講解，導(dǎo)致教學(xué)效果比較差。已有的教學(xué)設(shè)備往往體積比較大，演示需要的條件多，不便于攜帶至課堂進(jìn)行演示；并且演示現(xiàn)象比較抽象，缺乏生動(dòng)性。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、攜帶方便，可用于課堂演示，克服了以往的教具由于體積大而不能課堂演示的缺點(diǎn)；并且本實(shí)用新型造型精美，演示現(xiàn)象生動(dòng)，可以提高教學(xué)的趣味性，使課堂教學(xué)變得更加生動(dòng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種理論力學(xué)教具，通過(guò)該教具不同的旋轉(zhuǎn)及擺動(dòng)現(xiàn)象，研宄理論力學(xué)中摩擦、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的知識(shí)，并且該教具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、易于攜帶、具有趣味性，可用于課堂演示。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是:一種理論力學(xué)教具，其特征在于:包括船形體、配重及角度盤，所述的配重設(shè)于船形體的上表面，并且可繞垂直船形體上表面、且通過(guò)船形體的螺紋孔D的軸旋轉(zhuǎn)，所述的角度盤粘附于船形體上表面，并且角度盤的中心點(diǎn)與螺紋孔D的圓心重合。
[0005]對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步限制，所述的船形體的下表面為非對(duì)稱的近橢球形光滑曲面，其上表面為短軸相同、長(zhǎng)軸不同的兩個(gè)半橢圓沿短軸拼接成的平面，所述船形體在其上表面短軸中點(diǎn)處打螺紋孔D，所述下表面沿縱向和橫向有不同的曲率半徑，重心在曲率中心下方，所述船形體繞垂直軸有最大主慣性矩，但另外兩個(gè)慣量主軸與底部曲面的曲率主軸不一致，非對(duì)稱船形體結(jié)構(gòu)使教具的中心與重心在長(zhǎng)軸方向有較大偏離。
[0006]對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步限制，所述的角度盤為輕質(zhì)薄銷片材質(zhì)，其O刻度線方向與船形體短軸方向重合，并粘附于船形體上，角度盤的中心與船形體上的螺紋孔D的圓心重合，對(duì)船形體的整體受力幾乎沒(méi)有影響。
[0007]對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步限制，所述的配重包括豎直輕桿、水平重桿和帆布，所述的豎直輕桿的底端打螺紋，所述的豎直輕桿與水平重桿兩端垂直固結(jié)在一起，帆布粘附在豎直輕桿和水平重桿上。
[0008]對(duì)上述結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步限制，所述的配重通過(guò)豎直輕桿垂直設(shè)于船形體上表面，并通過(guò)船形體上螺紋孔D，豎直輕桿的下端通過(guò)所打的螺紋與船形體連接，配重的角度可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺紋松緊加以改變。
[0009]對(duì)上述結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步限制，通過(guò)調(diào)節(jié)配重的角度使船形體的中心與重心在短軸方向產(chǎn)生偏離。
[0010]對(duì)上述結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步限制，在船形體的上表面設(shè)有3個(gè)敲擊點(diǎn)，分別為敲擊點(diǎn)A、敲擊點(diǎn)B和敲擊點(diǎn)C，所述敲擊點(diǎn)A和敲擊點(diǎn)B分別位于近橢圓形平面的長(zhǎng)軸兩端，所述的敲擊點(diǎn)C位于近橢圓形平面的短軸一端。
[0011]對(duì)上述結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步限制，通過(guò)設(shè)置3個(gè)不同的敲擊點(diǎn)，配合配重的角度調(diào)整，可以進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)方案，觀察不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
[0012]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象對(duì)教具的旋轉(zhuǎn)及擺動(dòng)情況進(jìn)行分析，從而探宄理論力學(xué)中摩擦、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性等內(nèi)容；直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象使學(xué)生容易接受系列理論力學(xué)知識(shí)，可以降低教學(xué)難度，提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增加課堂的趣味性；并且該教具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，制作成本低，適合大范圍推廣和普及。

【附圖說(shuō)明】

[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]其中:1、船形體，2、角度盤，3、配重，3.1、豎直輕桿，3.2、水平重桿，3.3、帆布，4、敲擊點(diǎn)A，5、敲擊點(diǎn)B，6、敲擊點(diǎn)Co
[0016]圖2是船形體的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]其中:4、敲擊點(diǎn)A，5、敲擊點(diǎn)B，6、敲擊點(diǎn)C，7、螺紋孔D

【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)用新型具體涉及一種理論力學(xué)教具，該教具的結(jié)構(gòu)具體包括船形體1、角度盤2、配重3，船形體I的底面為光滑曲面，光滑曲面設(shè)計(jì)為非對(duì)稱的近橢球形光滑曲面，船形體I的上表面為近橢圓形平面，這樣可以實(shí)現(xiàn)船形體I的中心與其重心在長(zhǎng)軸方向有較大偏離；角度盤2粘附于船形體I上表面，并且中心與上述近橢圓形平面的短軸中點(diǎn)重合；配重3設(shè)于船形體I的上表面，并且可繞垂直船形體I上表面，且通過(guò)船形體I上表面短軸中點(diǎn)的軸旋轉(zhuǎn)，該結(jié)構(gòu)可以對(duì)配重3的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)配重3的角度，來(lái)演示教具的不同旋轉(zhuǎn)及擺動(dòng)現(xiàn)象，并利用理論理論力學(xué)中的摩擦、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的知識(shí)進(jìn)行解釋。
[0019]船形體I上表面的短軸中點(diǎn)打螺紋孔D。
[0020]角度盤2由輕質(zhì)薄鋁片制作，粘附于船形體I的上表面，并且角度盤2的中心與船形體I上表面螺紋孔的圓心重合，其O刻度線方向與船形體I的短軸方向重合。
[0021]配重3包括豎直輕桿3.1、水平重桿3.2和帆布3.3，豎直輕桿3.1底部打螺紋，可與船形體I上的螺紋配合，豎直輕桿3.1與水平重桿3.2兩端垂直固結(jié)在一起，帆布3.3粘附在豎直輕桿3.1和水平重桿3.2上。配重桿3通過(guò)豎直輕桿3.1垂直設(shè)于船形體I上表面，通過(guò)豎直輕桿3.1的螺紋與船形體I上表面的螺紋孔D配合在一起。通過(guò)調(diào)節(jié)豎直輕桿3.1的旋入程度改變配重3的角度，并結(jié)合角度盤2確定配重3的角度。
[0022]在船形體I的上表面設(shè)有三個(gè)敲擊點(diǎn)，分別為敲擊點(diǎn)A4、敲擊點(diǎn)B5和敲擊點(diǎn)C6，敲擊點(diǎn)A4和敲擊點(diǎn)B5分別位于近橢圓形平面的長(zhǎng)軸兩端，敲擊點(diǎn)C6位于近橢圓形平面的短軸一端。
[0023]下面列出了 3種試驗(yàn)方案，通過(guò)調(diào)節(jié)配重3的角度，從而演示不同的試驗(yàn)現(xiàn)象:
[0024]1.方案一:配重角度調(diào)整為120度，使該教具處于靜止?fàn)顟B(tài)，在A處叩擊該教具，觀察發(fā)現(xiàn)該教具繞水平軸擺動(dòng)、之后轉(zhuǎn)變?yōu)槔@豎直軸的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍辉贐處叩擊該教具，現(xiàn)象與在A處叩擊相同；在(:處叩擊該教具，觀察發(fā)現(xiàn)該教具繞水平軸擺動(dòng)、之后轉(zhuǎn)變?yōu)槔@豎直軸的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?。即叩擊點(diǎn)位置不同，最終旋轉(zhuǎn)方向不同；
[0025]2.方案二:配重角度調(diào)整為120度，按配重角度減小的方向轉(zhuǎn)動(dòng)該教具，觀察發(fā)現(xiàn)該教具轉(zhuǎn)動(dòng)速度越來(lái)越慢、擺動(dòng)加劇，很快停止轉(zhuǎn)動(dòng)，最后反向旋轉(zhuǎn)直至停止；向角度增大方向推動(dòng)該教具，觀察發(fā)現(xiàn)該教具轉(zhuǎn)動(dòng)速度越來(lái)越慢，直至停止。即轉(zhuǎn)動(dòng)方向不同，試驗(yàn)現(xiàn)象不同。
[0026]3.方案三:配重的角度調(diào)為90度，在A處、B處和C處叩擊該教具，觀察發(fā)現(xiàn)該教具水平擺動(dòng)、無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)；按順時(shí)針?lè)较蚝湍鏁r(shí)針?lè)较驌軇?dòng)該教具，觀察發(fā)現(xiàn)該教具轉(zhuǎn)動(dòng)越來(lái)越慢，直至停止。與所述方案一和方案二相比可演示，船帆角度直接影響教具的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。
[0027]所述三種方案中的現(xiàn)象，可以在純滾動(dòng)前提下分析在粗糙平面上旋轉(zhuǎn)的非軸對(duì)稱剛體的擺動(dòng)穩(wěn)定性，并計(jì)算擺動(dòng)引起的摩擦力矩，從而對(duì)奇異現(xiàn)象給出明確的動(dòng)力學(xué)解釋。在理論理論力學(xué)課程中講述摩擦內(nèi)容時(shí)，該教具所產(chǎn)生的現(xiàn)象可以作為一個(gè)理論力學(xué)問(wèn)題提出，進(jìn)行演示并配合適當(dāng)?shù)睦碚摿W(xué)分析，以解釋摩擦現(xiàn)象的多樣性，提高學(xué)習(xí)興趣。
【權(quán)利要求】
1.一種理論力學(xué)教具，其特征在于:包括船形體(1)、角度盤(2)及配重(3)，所述的船形體(I)的底面為光滑曲面，并且船形體(I)的中心與其重心有所偏離，所述的角度盤(2)粘附于船形體(I)上表面，所述的配重(3)設(shè)于船形體(I)的上表面，并且可繞垂直于船形體⑴上表面、且通過(guò)船形體⑴上表面的通過(guò)螺紋孔D (7)的軸旋轉(zhuǎn)，并且角度盤(2)的中心點(diǎn)與螺紋孔D(7)的圓心重合。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種理論力學(xué)教具，其特征在于所述的船形體(I)的下表面為非對(duì)稱的近橢球形光滑曲面，其上表面為短軸相同、長(zhǎng)軸不同的兩個(gè)半橢圓沿短軸拼接成的平面，所述下表面沿縱向和橫向有不同的曲率半徑，重心在曲率中心下方，所述船形體(I)繞垂直軸有最大主慣性矩，且另外兩個(gè)慣量主軸與底部曲面的曲率主軸不同，船形體(I)的短軸中點(diǎn)打螺紋孔D (7)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種理論力學(xué)教具，其特征在于所述的角度盤(2)為輕質(zhì)薄鋁片材質(zhì)，其O刻度線方向與船形體(I)短軸方向重合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種理論力學(xué)教具，其特征在于所述的配重(3)包括豎直輕桿(3.1)、水平重桿(3.2)和帆布(3.3)，所述的豎直輕桿(3.1)底端有螺紋，豎直輕桿(3.1)與水平重桿(3.2)兩端垂直固結(jié)在一起，帆布(3.3)粘附在豎直輕桿(3.1)和水平重桿(3.2)上，豎直輕桿(3.1)的下端通過(guò)螺紋與船形體(I)上的螺紋孔D(7)連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種理論力學(xué)教具，其特征在于在船形體(I)的上表面設(shè)有三個(gè)敲擊點(diǎn)，分別為敲擊點(diǎn)A(4)、敲擊點(diǎn)B(5)和敲擊點(diǎn)C(6)，所述敲擊點(diǎn)A(4)和敲擊點(diǎn)B(5)分別位于近橢圓形平面的長(zhǎng)軸兩端，所述的敲擊點(diǎn)C(6)位于近橢圓形平面的短軸一端。
【文檔編號(hào)】G09B23-10GK204270563SQ201420698964
【發(fā)明者】孫岑, 張晨浩, 傅家偉, 楊文剛 [申請(qǐng)人]華北電力大學(xué)（保定）