專利名稱：幾何智力拼接教具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于幾何教具，亦是中學(xué)生的學(xué)具和智力玩具。
現(xiàn)有的幾何教具，主要是單個(gè)型的，通用性差。從結(jié)構(gòu)分，有實(shí)心和空心兩類(lèi)，實(shí)心類(lèi)的幾何模型是將木塊，塑料等通過(guò)機(jī)械加工制成某種確定的幾何形狀，雖然形象比較具體，取材廣泛，牢固耐用，但無(wú)法顯示幾何體內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)。空心類(lèi)的幾何模型主要是用框條或平板連接，雖能較好地顯示幾何體內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)，但連接技術(shù)較難。
如中國(guó)專利86200565″立體幾何″組合模型是利用底板，主軸，多種幾何形狀的板塊，細(xì)棒，線和連接件等采用不同的固定方式來(lái)演示立體幾何模型的。
又如中國(guó)專利86204076榫眼拆裝式″幾何體″教學(xué)用具是由不同形狀的平面框架，插桿以及長(zhǎng)方形平面，半球，球帶，球冠組成。
上述兩種教具雖然靈活性大，但板塊，框架都是固定的，因此演示范圍有限，不易解決一些復(fù)雜的空間幾何問(wèn)題，如異面直線的距離和異面直線所成的角等就難以用板塊框架來(lái)演示，而有時(shí)是需要經(jīng)過(guò)多次線面關(guān)系的轉(zhuǎn)化才能求得解決的。
再如中國(guó)專利86204971活動(dòng)立體幾何模型是由平面框架，活動(dòng)桿和帶鉤皮筋組成的，雖然演示范圍較廣，但易于折損，價(jià)格較貴，而且它只能用框架，皮筋等線的形式來(lái)演示線面關(guān)系，因此，在演示面面關(guān)系時(shí)就顯得不太清晰。
設(shè)計(jì)本實(shí)用新型的目的在于提供一種既可作幾何體之間的有趣拼合，又可用框條，空心管的連接套合來(lái)演示多面體，多面角和正多面體的概念，性質(zhì)及其點(diǎn)，線，面關(guān)系的教具。它能將課本或習(xí)題中較為復(fù)雜的幾何問(wèn)題通過(guò)直觀演示體現(xiàn)出來(lái)，有助于觀察剖析，化難為易，是開(kāi)發(fā)青少年智力的有效工具。
本實(shí)用新型的特征是以錐體為基本構(gòu)件相互拼合或用框條，空心管的連接套合進(jìn)行演示，這兩種不同的組合形式，使本教具具有構(gòu)造靈活，形式多樣，使用方便，能充分顯示幾何體內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。與現(xiàn)有市場(chǎng)上的拼搭積木相比較，它具有更為深廣的涵義和趣味性。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的用注塑或其它材料制作如下構(gòu)件(本說(shuō)明書(shū)內(nèi)所提供的長(zhǎng)度單位為a，在制作時(shí)可按比例放縮。)1.棱長(zhǎng)為2]]>a的正四面體1，共8個(gè)。在其底面和側(cè)面均是正三角形的重心處，留有連接孔。
2.長(zhǎng)度為a的三條側(cè)棱互相垂直，底面是邊長(zhǎng)等于
a，且與正四面體1的各個(gè)面為全等正三角形的正三棱錐2，共32個(gè)。在側(cè)面及底面各三角形的重心處留有連接孔。
以上1.2.所述的8個(gè)正四面體1和32個(gè)正三棱錐2，通過(guò)連接可組合演示8個(gè)棱長(zhǎng)為a的正方體，亦可組合演示1個(gè)棱長(zhǎng)為2a的正方體或長(zhǎng)方體，四棱柱等其它多種幾何體。
3.形狀，大小與上述正四面體1和正三棱錐2在各個(gè)面上所留有的連接孔相配套的連接柱3若干個(gè)，用于幾何體之間的連接。
又用金屬?zèng)_壓或注塑制作如下構(gòu)件4.長(zhǎng)度為2a的橫框4，縱框5，立框6各4根，相互連接組成框架，橫框4和縱框5的形狀，大小相同，且一面有凹凸槽孔，兩者可以相互套合固定。立框6是用空心材料制作，兩端均可經(jīng)過(guò)卡夾7的連接，而與橫框4和縱框5固定在某一位置。
5.用堅(jiān)硬而有彈性的金屬材料制成n狀的卡夾7，兩端有腳，可套入框條或空心管兩端起連接作用。
6.長(zhǎng)度為a或2a的空心管8各4根，共8根。兩端經(jīng)過(guò)卡夾7的連接，可固定在框架的任何位置。
7.由兩截在一端連以一半球的套管，其半球半徑和套管截面半徑相等，在兩半球過(guò)球心而垂直于半球大圓面的軸處，用活動(dòng)鉚釘鉚合，構(gòu)成連接管9，使之相互能夠開(kāi)合調(diào)整角度。
8.以連接管9為基礎(chǔ)，再用兩截一端連有半徑稍大于半球半徑的半球冠的套管，通過(guò)半球冠和半球以各自過(guò)球心而垂直于大圓面的軸相互垂直進(jìn)行套合，可使套管繞軸進(jìn)行開(kāi)合旋轉(zhuǎn)，構(gòu)成多頭連接管10。
用這些基本構(gòu)件進(jìn)行拼接組合，即可演示″立體幾何″中多種幾何體以及多面角和正多面體的概念，性質(zhì)和點(diǎn)，線，面關(guān)系。


圖1是正四面體1.的任一個(gè)面和正三棱錐2底面的示意圖。
圖2是正三棱錐2側(cè)面的示意圖。
圖3是正四面體1。
圖4是三條側(cè)棱互相垂直，底面和正四面體1的任一個(gè)面為全等正三角形的正三棱錐2。
圖5是連接柱3。
圖6是橫框4。
圖7是縱框5。
圖8是立框6。
圖9是由12根框條組合而成的框架。
圖10是卡夾7。
圖11是空心管8。
圖12是連接管9。
圖13是多頭連接管10。
圖14至圖22是本實(shí)用新型的實(shí)施舉例，即由若干個(gè)正四面體1和正三棱錐2拼接組合的具體演示。
圖14是由兩個(gè)正四面體1組成的正六面體。
圖15是由四個(gè)正三棱錐2以垂直于底面的側(cè)面相拼合所組成的正四棱錐，可演示正四棱錐的概念，性質(zhì)。
圖16是由8個(gè)正三棱錐2拼合組成的正八面體。
圖17是由圖16中的1個(gè)正八面體(即八個(gè)正三棱錐2)和4個(gè)正四面體1所組成棱長(zhǎng)為正四面體1兩倍的正四面體。
圖18是由5個(gè)正三棱錐2和1個(gè)正四面體1所組成的三棱臺(tái)，可演示三棱臺(tái)的概念，性質(zhì)。
圖19是由圖18中的4個(gè)三棱臺(tái)，即20個(gè)正三棱錐2和4個(gè)正四面體1，以垂直于底面的側(cè)面相拼合所組成的正四棱臺(tái)，可演示正四棱臺(tái)的概念，性質(zhì)。
圖20是由圖15中的2個(gè)正四棱錐(即8個(gè)正三棱錐2)和2個(gè)正四面體1所組成的斜三棱柱?？裳菔酒叫泄砗腿齻€(gè)平面兩兩相交的性質(zhì)。
圖21是由4個(gè)正三棱錐2和1個(gè)正四面體1所組成棱長(zhǎng)為a的正方體，若干個(gè)這樣的正方體，可組合演示長(zhǎng)方體，四棱柱等多種幾何體。
圖22是本實(shí)用新型的裝配圖，其上部是由圖21中8個(gè)棱長(zhǎng)為a的正方體組合演示棱長(zhǎng)為2a的正方體，或可用32個(gè)正三棱錐2和8個(gè)正四面體1組合而成，下部是橫框4，縱框5，立框6連接組成的框架中，用空心管8，連接管9，多頭連接管10演示幾何體的兩對(duì)角線和側(cè)面一對(duì)角線分別成相交直線或異面直線的位置關(guān)系。
以下附圖23，24，25是通過(guò)實(shí)施例，說(shuō)明橫框4，縱框5，立框6構(gòu)成的框架和空心管8，經(jīng)卡夾7和連接管9多頭連接管10的連接，能演示多種幾何體的概念，性質(zhì)及其點(diǎn)，線，面關(guān)系。
圖23是橫框4，縱框5，立框6和空心管8，多頭連接管10組合演示的長(zhǎng)方體和以長(zhǎng)方體下底面中心為頂點(diǎn)，這頂點(diǎn)和上底面四頂點(diǎn)連線為側(cè)棱，以長(zhǎng)方體上底面為底面的正四棱錐的組合關(guān)系。
圖24是橫框4，縱框5，立框6組合演示的平行六面體中，用空心管8，連接管9，多頭連接管10演示幾何體的兩對(duì)角線和側(cè)面兩對(duì)角線組成的對(duì)角面。
圖25是橫框4，縱框5，立框6組合的四棱臺(tái)，通過(guò)空心管8，連接管9，多頭連接管10的連接，能組合演示四棱錐及其側(cè)面和底面所成的二面角，二面角的平面角，高，斜高，斜高在底面的射影組成的直角三角形，演示側(cè)棱和底面所成的角，高，側(cè)棱，側(cè)棱在底面的射影組成的直角三角形。
圖26是演示圖9中橫框4，縱框5，立框6構(gòu)成的框架，能用于作為圖16中正八面體的支架。
從以上圖23，24，25可以說(shuō)明由于框條之間相互連接的位置可以調(diào)節(jié)；而空心管8，連接管9，多頭連接管10相互間連接套合的長(zhǎng)度和角度也可以調(diào)節(jié)；同時(shí)，通過(guò)卡夾7的連接，又可以任意選定位置。因此，用這些構(gòu)件能演示多種幾何體及其在任意位置上的點(diǎn)，線，面關(guān)系。尤其是為立體幾何中二個(gè)難點(diǎn)異面直線之間的距離和異面直線所成的角，以及二面角和二面角的平面角等，提供了直觀演示。
為了充分體現(xiàn)本實(shí)用新型的功能，再結(jié)合實(shí)施例對(duì)附圖作進(jìn)一步說(shuō)明附圖22的正方體和附圖17的正四面體，除演示本身的概念，性質(zhì)外，又可演示兩直線平行，相交，異面的位置關(guān)系；直線和平面的包含，平行，相交等位置關(guān)系；斜線在平面上的射影，直線和平面所成的角，三垂線定理；兩平面平行，相交(垂直，斜交)等位置關(guān)系；兩平行平面間的距離，兩相交平面組成的二面角以及二面角的平面角等。
根據(jù)演示的需要，可在有關(guān)部位涂色，以加強(qiáng)演示效果。
權(quán)利要求1.一種幾何拼接教具，由正四面體1，正三棱錐2，橫框4，縱框5，立框6，空心管8及連接部件所構(gòu)成，其特征是(1).各側(cè)面和底面是全等正三角形的正四面體1，共8個(gè)，(2).三條側(cè)棱互相垂直，其底面是和正四面體1的各個(gè)面為全等正三角形的正三棱錐2，共32個(gè)，(3).一組有凹凸連接槽孔的橫框4，縱框5和用空心材料制作的立框6，(4).一組長(zhǎng)度與正三棱錐2的側(cè)棱相等或?yàn)槠鋬杀兜目招墓?，(5).連接部件包括連接柱3，卡夾7，連接管9，多頭連接管10，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的8個(gè)正四面體1和32個(gè)正三棱錐2，其特征在于正四面體1的棱長(zhǎng)為2]]>個(gè)單位長(zhǎng)，正三棱錐2的側(cè)棱長(zhǎng)為1個(gè)單位長(zhǎng)，在這兩組幾何體的底面或側(cè)面各三角形的重心處留有連接孔，可通過(guò)配套的連接柱3相互拼合演示8個(gè)棱長(zhǎng)相等于正三棱錐2側(cè)棱長(zhǎng)的正方體或1個(gè)棱長(zhǎng)相等于正三棱錐2側(cè)棱長(zhǎng)兩倍的正方體以及其它各種多面體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橫框4，縱框5，立框6，其特征在于它們的長(zhǎng)度為2個(gè)單位長(zhǎng)，橫框4，縱框5可通過(guò)凹凸槽孔相互連接，立框6可用卡夾7與橫框4，縱框5固定，能組合演示多種幾何體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空心管8，其特征在于它們的長(zhǎng)為1個(gè)單位長(zhǎng)或2個(gè)單位長(zhǎng)，可以相互連接，也可和連接管9，多頭連接管10套接，還可通過(guò)卡夾7與框架固定，位置任選，能演示多種幾何圖形中的點(diǎn)，線，面關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接管9，多頭連接管10，其特征在于它們是通過(guò)套管一端所連有的半球或半球冠，在過(guò)球心而垂直于大圓面的軸處進(jìn)行鉚合或套合，能靈活開(kāi)合轉(zhuǎn)動(dòng)，角度可調(diào)。
專利摘要幾何拼接教具，由一組正四面體，一組側(cè)棱互相垂直的正三棱錐和橫框，縱框，立框構(gòu)成的框架以及空心管所組成。通過(guò)連接柱，卡夾，連接管等進(jìn)行拼合套接，可演示多種幾何體，多面角，正多面體的概念，性質(zhì)與點(diǎn)，線，面關(guān)系，為高中立體幾何課本提供了數(shù)百處直觀演示，可作為幾何教學(xué)的直觀教具，也是開(kāi)發(fā)青少年智力的有效工具。
文檔編號(hào)G09B23/04GK2033929SQ8820024
公開(kāi)日1989年3月8日 申請(qǐng)日期1988年1月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年1月18日
發(fā)明者葉舜華 申請(qǐng)人:葉舜華