专利名称:一种理论力学教具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种理论力学教具，具体结构包括船形体、配重及角度盘，角度盘粘附于船形体的上表面，配重设于船形体的上表面，角度可以调节。本装置可以探究理论力学中摩擦、运动稳定性的内容，直观的实验现象使学生更容易接受系列理论力学知识，为老师降低教学难度，提升教学质量，增加学生的学习热情，并且该教具结构简单、操作简便，制作成本低，适合大范围推广和普及，也可做一种娱乐、科学玩具或家居装饰品。
【专利说明】一种理论力学教具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种理论力学教具，属于演示教具【技术领域】，尤其是一种用于探宄理论力学中的摩擦、运动稳定性的便携式课堂演示教具。
【背景技术】
[0002]理论力学的教学与学习是比较枯燥的，纯理论性强，学生在学习时不能直观的看到由受力所引起的实验现象，教师也不便于讲解，导致教学效果比较差。已有的教学设备往往体积比较大，演示需要的条件多，不便于携带至课堂进行演示；并且演示现象比较抽象，缺乏生动性。本实用新型结构简单、体积小、携带方便，可用于课堂演示，克服了以往的教具由于体积大而不能课堂演示的缺点；并且本实用新型造型精美，演示现象生动，可以提高教学的趣味性，使课堂教学变得更加生动。
【发明内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是提供一种理论力学教具，通过该教具不同的旋转及摆动现象，研宄理论力学中摩擦、运动稳定性的知识，并且该教具结构简单、便于操作、易于携带、具有趣味性，可用于课堂演示。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:一种理论力学教具，其特征在于:包括船形体、配重及角度盘，所述的配重设于船形体的上表面，并且可绕垂直船形体上表面、且通过船形体的螺纹孔D的轴旋转，所述的角度盘粘附于船形体上表面，并且角度盘的中心点与螺纹孔D的圆心重合。
[0005]对上述结构作进一步限制，所述的船形体的下表面为非对称的近椭球形光滑曲面，其上表面为短轴相同、长轴不同的两个半椭圆沿短轴拼接成的平面，所述船形体在其上表面短轴中点处打螺纹孔D，所述下表面沿纵向和横向有不同的曲率半径，重心在曲率中心下方，所述船形体绕垂直轴有最大主惯性矩，但另外两个惯量主轴与底部曲面的曲率主轴不一致，非对称船形体结构使教具的中心与重心在长轴方向有较大偏离。
[0006]对上述结构作进一步限制，所述的角度盘为轻质薄销片材质，其O刻度线方向与船形体短轴方向重合，并粘附于船形体上，角度盘的中心与船形体上的螺纹孔D的圆心重合，对船形体的整体受力几乎没有影响。
[0007]对上述结构作进一步限制，所述的配重包括竖直轻杆、水平重杆和帆布，所述的竖直轻杆的底端打螺纹，所述的竖直轻杆与水平重杆两端垂直固结在一起，帆布粘附在竖直轻杆和水平重杆上。
[0008]对上述结构做进一步限制，所述的配重通过竖直轻杆垂直设于船形体上表面，并通过船形体上螺纹孔D，竖直轻杆的下端通过所打的螺纹与船形体连接，配重的角度可以通过调节螺纹松紧加以改变。
[0009]对上述结构做进一步限制，通过调节配重的角度使船形体的中心与重心在短轴方向产生偏离。
[0010]对上述结构作进一步限制，在船形体的上表面设有3个敲击点，分别为敲击点A、敲击点B和敲击点C，所述敲击点A和敲击点B分别位于近椭圆形平面的长轴两端，所述的敲击点C位于近椭圆形平面的短轴一端。
[0011]对上述结构做进一步限制，通过设置3个不同的敲击点，配合配重的角度调整，可以进行不同的实验方案，观察不同的实验现象。
[0012]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:通过不同的实验现象对教具的旋转及摆动情况进行分析，从而探宄理论力学中摩擦、运动稳定性等内容；直观的实验现象使学生容易接受系列理论力学知识，可以降低教学难度，提升教学质量，提高学生的学习热情，增加课堂的趣味性；并且该教具结构简单、操作简便，制作成本低，适合大范围推广和普及。
【附图说明】
[0013]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[0014]图1是本实用新型的结构示意图；
[0015]其中:1、船形体，2、角度盘，3、配重，3.1、竖直轻杆，3.2、水平重杆，3.3、帆布，4、敲击点A，5、敲击点B，6、敲击点Co
[0016]图2是船形体的结构示意图；
[0017]其中:4、敲击点A，5、敲击点B，6、敲击点C，7、螺纹孔D
【具体实施方式】
[0018]本实用新型具体涉及一种理论力学教具，该教具的结构具体包括船形体1、角度盘2、配重3，船形体I的底面为光滑曲面，光滑曲面设计为非对称的近椭球形光滑曲面，船形体I的上表面为近椭圆形平面，这样可以实现船形体I的中心与其重心在长轴方向有较大偏离；角度盘2粘附于船形体I上表面，并且中心与上述近椭圆形平面的短轴中点重合；配重3设于船形体I的上表面，并且可绕垂直船形体I上表面，且通过船形体I上表面短轴中点的轴旋转，该结构可以对配重3的角度进行调节。通过调节配重3的角度，来演示教具的不同旋转及摆动现象，并利用理论理论力学中的摩擦、运动稳定性的知识进行解释。
[0019]船形体I上表面的短轴中点打螺纹孔D。
[0020]角度盘2由轻质薄铝片制作，粘附于船形体I的上表面，并且角度盘2的中心与船形体I上表面螺纹孔的圆心重合，其O刻度线方向与船形体I的短轴方向重合。
[0021]配重3包括竖直轻杆3.1、水平重杆3.2和帆布3.3，竖直轻杆3.1底部打螺纹，可与船形体I上的螺纹配合，竖直轻杆3.1与水平重杆3.2两端垂直固结在一起，帆布3.3粘附在竖直轻杆3.1和水平重杆3.2上。配重杆3通过竖直轻杆3.1垂直设于船形体I上表面，通过竖直轻杆3.1的螺纹与船形体I上表面的螺纹孔D配合在一起。通过调节竖直轻杆3.1的旋入程度改变配重3的角度，并结合角度盘2确定配重3的角度。
[0022]在船形体I的上表面设有三个敲击点，分别为敲击点A4、敲击点B5和敲击点C6，敲击点A4和敲击点B5分别位于近椭圆形平面的长轴两端，敲击点C6位于近椭圆形平面的短轴一端。
[0023]下面列出了 3种试验方案，通过调节配重3的角度，从而演示不同的试验现象:
[0024]1.方案一:配重角度调整为120度，使该教具处于静止状态，在A处叩击该教具，观察发现该教具绕水平轴摆动、之后转变为绕竖直轴的旋转，旋转方向为顺时针方向；在B处叩击该教具，现象与在A处叩击相同；在(:处叩击该教具，观察发现该教具绕水平轴摆动、之后转变为绕竖直轴的旋转，旋转方向为逆时针方向。即叩击点位置不同，最终旋转方向不同；
[0025]2.方案二:配重角度调整为120度，按配重角度减小的方向转动该教具，观察发现该教具转动速度越来越慢、摆动加剧，很快停止转动，最后反向旋转直至停止；向角度增大方向推动该教具，观察发现该教具转动速度越来越慢，直至停止。即转动方向不同，试验现象不同。
[0026]3.方案三:配重的角度调为90度，在A处、B处和C处叩击该教具，观察发现该教具水平摆动、无转动；按顺时针方向和逆时针方向拨动该教具，观察发现该教具转动越来越慢，直至停止。与所述方案一和方案二相比可演示，船帆角度直接影响教具的转动情况。
[0027]所述三种方案中的现象，可以在纯滚动前提下分析在粗糙平面上旋转的非轴对称刚体的摆动稳定性，并计算摆动引起的摩擦力矩，从而对奇异现象给出明确的动力学解释。在理论理论力学课程中讲述摩擦内容时，该教具所产生的现象可以作为一个理论力学问题提出，进行演示并配合适当的理论力学分析，以解释摩擦现象的多样性，提高学习兴趣。
【权利要求】
1.一种理论力学教具，其特征在于:包括船形体(1)、角度盘(2)及配重(3)，所述的船形体(I)的底面为光滑曲面，并且船形体(I)的中心与其重心有所偏离，所述的角度盘(2)粘附于船形体(I)上表面，所述的配重(3)设于船形体(I)的上表面，并且可绕垂直于船形体⑴上表面、且通过船形体⑴上表面的通过螺纹孔D (7)的轴旋转，并且角度盘(2)的中心点与螺纹孔D(7)的圆心重合。2.根据权利要求1所述的一种理论力学教具，其特征在于所述的船形体(I)的下表面为非对称的近椭球形光滑曲面，其上表面为短轴相同、长轴不同的两个半椭圆沿短轴拼接成的平面，所述下表面沿纵向和横向有不同的曲率半径，重心在曲率中心下方，所述船形体(I)绕垂直轴有最大主惯性矩，且另外两个惯量主轴与底部曲面的曲率主轴不同，船形体(I)的短轴中点打螺纹孔D (7)。3.根据权利要求1所述的一种理论力学教具，其特征在于所述的角度盘(2)为轻质薄铝片材质，其O刻度线方向与船形体(I)短轴方向重合。4.根据权利要求1所述的一种理论力学教具，其特征在于所述的配重(3)包括竖直轻杆(3.1)、水平重杆(3.2)和帆布(3.3)，所述的竖直轻杆(3.1)底端有螺纹，竖直轻杆(3.1)与水平重杆(3.2)两端垂直固结在一起，帆布(3.3)粘附在竖直轻杆(3.1)和水平重杆(3.2)上，竖直轻杆(3.1)的下端通过螺纹与船形体(I)上的螺纹孔D(7)连接。5.根据权利要求1所述的一种理论力学教具，其特征在于在船形体(I)的上表面设有三个敲击点，分别为敲击点A(4)、敲击点B(5)和敲击点C(6)，所述敲击点A(4)和敲击点B(5)分别位于近椭圆形平面的长轴两端，所述的敲击点C(6)位于近椭圆形平面的短轴一端。
【文档编号】G09B23-10GK204270563SQ201420698964
【发明者】孙岑, 张晨浩, 傅家伟, 杨文刚 [申请人]华北电力大学（保定）