专利名称：三维可调式锥体上轨设计性实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于锥体上滚的力学实验装置的技术领域，具体涉及三维可调式锥体上轨设计性实验仪。
背景技术：
锥体上滚实验仪是大、中学一种用来验证机械能守恒定律的演示性力学实验仪器，各种资料和遍布全国大、中学校物理实验室，锥体上轨实验仪普遍采用底座上固定两个关于中心线为对称的固定导轨和一个尺寸固定的双圆锥体。用该装置只能通过演示双圆锥上轨过程给学生看，尽管也是通过双圆锥体重心由高到低变化，来演示锥体上轨所产生的视角效果，通过重力做功使之重力势能转化为动能， 来验证机械能守恒定律。但是，从培养学生能力方面远远无法达到预期目标，很难从实验原理和双锥体上轨运动机理角度，从更高、更深层次上理解锥体上滚的本质和内涵。这种传统式锥体上轨实验仪，只能作为视角上轨的一种演示性实验，无法克服学生通过动手进行设计性实验之目的。
实用新型内容针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于设计提供三维可调式锥体上轨设计性实验仪的技术方案，该实验仪将锥体上轨的演示实验就转化为设计性实验，提高学生的思考及动手设计能力。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，包括底座，其特征在于所述的底座上配合设置双轨体装置，所述的双轨体装置包括一端通过设置的双锥体轨道转动轴铰接配合的双锥体左轨道和双锥体右轨道，所述的双锥体左轨道和双锥体右轨道的铰接端连接设置轮盘装置，轮盘装置下端连接设置可调节高度的轨道轴下支撑杆，轨道轴下支撑杆通过设置的水平滑动底座滑动连接底座，所述的双锥体左轨道和双锥体右轨道相对铰接端的另一端分别连接设置调节高度的轨道支撑杆，轨道支撑杆滑动连接底座。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的底座底部设置一组可调节高度的支脚，所述的支脚包括轴下支脚、左支脚和右支脚。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的底座上表面上固定设置水平滑轨和转动滑轨，所述的水平滑轨上滑动配合设置水平滑动底座，所述的转动滑轨上滑动配合设置轨道支撑杆。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的底座上固定设置用于调节水平的底座水平泡。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的双锥体左轨道和双锥体右轨道铰接端上下交叉错位连接。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的轮盘装置包括与双锥体轨道转动轴连接的曲柄，曲柄下端连接转动球体，转动球体转动配合设置于旋转球壳中，旋转球壳底部固定设置轮盘圆柱体，轮盘圆柱体通过设置的连接螺杆与轨道轴下支撑杆连接。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的轨道轴下支撑杆包括轮盘下支撑杆，轮盘下支撑杆上套接设置升降螺旋套，轮盘下支撑杆底部通过设置的固定螺丝III与水平滑动底座连接。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的双锥体左轨道和双锥体右轨道上分别通过设置的旋转轴连接轨道支撑杆，所述的轨道支撑杆包括与旋转轴固定连接的锥体轨道支撑杆，锥体轨道支撑杆上套接设置上下调节螺旋套，锥体轨道支撑杆底部通过设置的固定螺丝V可与底座固定连接。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的双锥体左轨道和双锥体右轨道的铰接端上固定设置锥体轨道调节水平泡。所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的水平滑动底座上固定设置螺旋测微器。上述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，结构简单，设计合理，在双圆锥起滚 (低)端，采用轮盘装置，为保证双轨道在同一平面，采用交叉错位切削，从而保证两轨道既能在同一个平面，轨道平面又能通过对三支撑杆调节来实现；在双轨道面调节水平后，根据所选择的双圆锥的高度，来确定双轨道对称转动的位置，又能围绕锥体轨道转动轴转动之目的；根据双圆锥底面直径和双轨的夹角，以及实验老师指定双圆锥最终在轨道所停位置， 通过计算来确定铰接端轨道轴下支撑杆下降高度，水平滑动底座向右推进距离，及轮盘球体的转动共同来实现。本实用新型具有如下特点(1)可拆卸；(2)三维可调(双轨道平面可调、双轨道宽度可调、锥体双轨道平面倾角可调)；(3)可供不同直径、不同高度的双圆锥作锥体上轨实验，锥体高度可在4. 0-20. 0cm，不同直径范围变化的多种类型的双圆锥体进行上轨设计性实验。利用本实用新型学生在通过选择不同直径、不同高度的双圆锥进行实验时，都必须要经过严格地计算才能进行实验，即原来的演示实验就转化为了设计性实验。学生在利用该实验仪做实验时，要根据老师指定的双圆锥直径、高度与双圆锥在导轨上滚动的长度，来推算轨道平面倾斜程度(与水平面间夹角)，或知道了轨道面倾角和双圆锥的直径与高度，来推算轨道宽度(或夹角)以及双圆锥在轨道上滚动的末了位置，等等。来推算其它量来进行设计性实验。
图1为本实用新型中底座的俯视图；图2为本实用新型中底座的侧视图；图3为本实用新型中底座的主视图；图4为本实用新型中水平滑动底座的俯视图；图5为本实用新型中水平滑动底座的侧视图；图6为本实用新型中水平滑动底座的主视图；图7为本实用新型的结构示意图；[0027]图8为本实用新型的俯视图；图9为本实用新型中双轨体装置的分解图。图中1_底座；2-轴下支脚；3-左支脚；4-右支脚；5-底座水平泡；6_水平滑轨； 7-水平滑动底座；8-底座固定孔；9-螺旋测微器；10-轴下支撑杆固定孔；11-锥体轨道调节水平泡；12-双锥体左轨道；13-双锥体右轨道；14-双锥体轨道转动轴；15-曲柄；16-转动球体；17-旋转球壳；18-固定螺丝I ；19-轮盘圆柱体；20-连接螺孔；21-连接螺杆； 22-固定螺丝II ；23-轮盘下支撑杆；24-升降螺旋套；25-固定螺丝III ；26-旋转轴；27-固定螺丝V ；28-锥体轨道支撑杆；29-上下调节螺旋套；30-固定螺丝VI ；31-转动滑轨。
具体实施方式
以下结合说明书附图来进一步说明本实用新型。如图1-2所示，三维可调式锥体上轨设计性实验仪包括底座1，底座1底部设置了一组可调节高度的支脚，支脚包括轴下支脚2、左支脚3和右支脚4。轴下支脚2位于底座中心线上，左支脚3和右支脚4分别位于底座中心线的两侧。底座1的高度可通过支脚进行调节。底座1的上表面上设置了水平滑轨6和转动滑轨31。水平滑轨6上滑动设置了水平滑动底座7，水平滑动底座7的结构如图4-6所示。水平滑动底座7上固定设置了螺旋测微器9，螺旋测微器9用于调节测量水平滑动底座7滑动的距离。水平滑动底座7两侧设置了底座固定孔8，底座固定孔8中通过螺丝与底座1连接。水平滑动底座7的中心设置轴下支撑杆固定孔10，轴下支撑杆固定孔10与轨道轴下支撑杆通过螺丝固定。转动滑轨31上滑动配合设置轨道支撑杆。如图7-9所示，底座1上配合设置双轨体装置，双轨体装置包括一端通过双锥体轨道转动轴14铰接配合的双锥体左轨道12和双锥体右轨道13，并且为了保持双锥体左轨道 12和双锥体右轨道13处在同一水平面上，双锥体左轨道12和双锥体右轨道13铰接端通过上下交叉错位连接，即圆规结构。双锥体左轨道12和双锥体右轨道13的铰接端还设置了用于调水平的锥体轨道调节水平泡11。双锥体左轨道12和双锥体右轨道13的铰接端下方连接设置轮盘装置，轮盘装置包括与双锥体轨道转动轴14连接的曲柄15，曲柄15下端连接转动球体16，转动球体16转动配合设置于旋转球壳17中，并且转动球体16通过固定螺丝I 18固定，旋转球壳17底部固定设置轮盘圆柱体19，轮盘圆柱体19底部设置连接螺孔20，连接螺杆21螺接于连接螺孔20中，连接螺孔20下端与轨道轴下支撑杆连接。轨道轴下支撑杆包括轮盘下支撑杆23， 轮盘下支撑杆23通过固定螺丝II 22与连接螺杆21固定，轮盘下支撑杆23上套接设置升降螺旋套24，轮盘下支撑杆23底部通过设置的固定螺丝III 25与水平滑动底座7连接。双锥体左轨道12和双锥体右轨道13相对铰接端的另一端分别固定设置了旋转轴 26，旋转轴26通过固定螺丝V 27连接轨道支撑杆的锥体轨道支撑杆28，锥体轨道支撑杆 28上套接设置上下调节螺旋套29，锥体轨道支撑杆28底部通过设置的固定螺丝VI 30可与底座1固定连接。使用调节方法[0038](1)首先，根据说明书“三维可调式锥体上轨设计性实验仪”的实验结构简图，组装锥体上轨实验仪；(2)通过调节轴下支脚2、左支脚3和右支脚4和观察调节底座水平泡5，使底座1 水平；(3)合并双锥体左轨道12和双锥体右轨道13至平行状态，上下调节轨道轴下支撑杆和轨道支撑杆的高度使之锥体轨道调节水平泡11处于圆圈中央；(4)根据老师所给条件，比如，双圆锥底直径、高度，以及锥体最终滚至位置，来推算其它参量；(5)根据所推算的相关参量，调节双锥体左轨道12和双锥体右轨道13宽度(即两轨道间的夹角)；(6)调节轨道轴下支撑杆高度和水平滑动底座7水平推进位置，调节水平导轨平面倾斜度(所推算结果);在调节的过程中，保持轨道支撑杆高度不变，双锥体左轨道12和双锥体右轨道13仅围绕与轨道支撑杆连接的旋转轴转动，旋转轴下移，是通过支撑杆下移和转动球体16转动来实现；(7)调节各个环节后，锁紧所有转动处的固定螺丝；(8)将圆锥放至轨道低端处进行设计性实验。
权利要求1.三维可调式锥体上轨设计性实验仪，包括底座(1)，其特征在于所述的底座(1)上配合设置双轨体装置，所述的双轨体装置包括一端通过设置的双锥体轨道转动轴(14)铰接配合的双锥体左轨道(12)和双锥体右轨道(13)，所述的双锥体左轨道(12)和双锥体右轨道(13)的铰接端连接设置轮盘装置，轮盘装置下端连接设置可调节高度的轨道轴下支撑杆，轨道轴下支撑杆通过设置的水平滑动底座(7)滑动连接底座(1 )，所述的双锥体左轨道 (12)和双锥体右轨道(13)相对铰接端的另一端分别连接设置可调节高度的轨道支撑杆，轨道支撑杆滑动连接底座(1)。
2.如权利要求1所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的底座 (1)底部设置一组可调节高度的支脚，所述的支脚包括轴下支脚(2)、左支脚(3)和右支脚 (4)。
3.如权利要求1所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的底座 (1)上表面上固定设置水平滑轨(6)和转动滑轨(31)，所述的水平滑轨(6)上滑动配合设置水平滑动底座(7)，所述的转动滑轨(31)上滑动配合设置轨道支撑杆。
4.如权利要求1所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的底座 (1)上固定设置用于调节水平的底座水平泡(5 )。
5.如权利要求1所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的双锥体左轨道(12)和双锥体右轨道(13)铰接端上下交叉错位连接。
6.如权利要求1所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的轮盘装置包括与双锥体轨道转动轴(14)连接的曲柄(15)，曲柄(15)下端连接转动球体(16)，转动球体(16)转动配合设置于旋转球壳(17)中，旋转球壳(17)底部固定设置轮盘圆柱体(19)， 轮盘圆柱体(19)通过设置的连接螺杆(21)与轨道轴下支撑杆连接。
7.如权利要求1所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的轨道轴下支撑杆包括轮盘下支撑杆(23 )，轮盘下支撑杆(23 )上套接设置升降螺旋套(24 )，轮盘下支撑杆(23)底部通过设置的固定螺丝III(25)与水平滑动底座(7)连接。
8.如权利要求1所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的双锥体左轨道(12)和双锥体右轨道(13)上分别通过设置的旋转轴(26)连接轨道支撑杆，所述的轨道支撑杆包括与旋转轴(26)固定连接的锥体轨道支撑杆(28)，锥体轨道支撑杆(28)上套接设置上下调节螺旋套(29)，锥体轨道支撑杆(28)底部通过设置的固定螺丝VK30)可与底座(1)固定连接。
9.如权利要求1所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的双锥体左轨道(12)和双锥体右轨道(13)的铰接端上固定设置锥体轨道调节水平泡(11)。
10.如权利要求1所述的三维可调式锥体上轨设计性实验仪，其特征在于所述的水平滑动底座(7)上固定设置螺旋测微器(9)。
专利摘要三维可调式锥体上轨设计性实验仪，属于锥体上滚的力学实验装置的技术领域。其包括底座，底座上配合设置双轨体装置，双轨体装置包括一端通过设置的双锥体轨道转动轴铰接配合的双锥体左轨道和双锥体右轨道，双锥体左轨道和双锥体右轨道的铰接端连接设置轮盘装置，轮盘装置下端连接设置可调节高度的轨道轴下支撑杆，轨道轴下支撑杆通过设置的水平滑动底座滑动连接底座，双锥体左轨道和双锥体右轨道相对铰接端的另一端分别连接设置可调节高度的轨道支撑杆，轨道支撑杆滑动连接底座。该实验仪将锥体上轨的演示实验就转化为设计性实验，提高学生的思考及动手设计能力。
文档编号G09B23/10GK202120486SQ20112022135
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者张锐波 申请人:张锐波, 浙江大学城市学院