一种研究刚体平衡类型的趣味教具的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种研究刚体平衡类型的趣味教具，属于教学用具领域，包括平台，平台上设有人形躯干，人形躯干与平台为两点接触，在人形躯干的两侧设有螺栓连接的手臂，手臂与人体躯干之间设有可调节的夹角，手臂端部连接有水平放置的平衡杆，在平衡杆的两端分别通过配重杆连接有配重。本实用新型可以在课堂上演示刚体的二种平衡类型：稳定平衡和不稳定平衡，生动形象，趣味性强。本实用新型结构简单，制作成本低，演示方便，演示可靠性强，外形美观，采用该教具具有较高的性价比和实用性。
【专利说明】一种研究刚体平衡类型的趣味教具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种力学教具，属于教学用具领域，具体是一种研究物体平衡类型的趣味力学教具。
【背景技术】
[0002]教具作为教师辅助教学的工具，有着其它手段不可替代的作用，课堂教学中适时使用演示效果精彩而有趣的教具，能激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，突出教学重点，突破教学难点，优化课堂结构，发展学生的创新思维能力，有效提高教学质量和效率。
[0003]目前，研究平衡问题的教具主要都是围绕二力平衡而设计的，主要就是由细线、砝码、滑轮等构成的简单装置，样式简单，枯燥无味；对于平衡类型分为三种，分别为稳定平衡、不稳定平衡、随遇平衡，对用于研究平衡类型的教具的设计还存在空缺，经检索未发现专门用于研究平衡类型的教具。
实用新型内容
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种研究刚体平衡类型的趣味教具，该教具采用的生动有趣的设计使得学生更容易理解稳定平衡和不稳定平衡现象，并且此教具体积小、便于携带，可用于课堂展示，该教具结构简单，制作成本低，演示方便，演示可靠性强，夕卜形美观，具有较高的性价比和实用性。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:一种研究刚体平衡类型的趣味教具，其特征在于包括平台，所述的平台上设有人形躯干，人形躯干与平台为两点接触，在人形躯干的两侧设有螺栓连接的手臂，手臂与人体躯干之间设有可调节的夹角，所述的手臂端部连接有水平放置的平衡杆，在平衡杆的两端分别通过配重杆连接有配重。
[0006]对上述结构作进一步限定，所述的人形躯干的腿部为倒置四棱锥结构，其锥顶与平台表面接触。本实用新型中的人形躯干采用下身重心偏离一体设计，从躯干腰部到躯干脚部采用锥度设计，两腿为倒四棱锥形状，脚部与平台表面接触面积小，脚部受力面积小，在调整人形躯干平衡时，避免受到其他因素影响，模拟平衡更加与力学理论近似。
[0007]对上述结构作进一步限定，所述的平衡杆为矩形截面，平衡杆中部以榫接固接于手臂末端缺口处。本实用新型中的人形躯干采用轻质材料，可采用木质结构，在手臂段处固定平衡杆时采用榫接，方便连接，更加形象地模拟手握姿势，而且不需要增加其他配件。
[0008]对上述结构作进一步限定，所述的配重杆为螺纹杆，配重杆上端与平衡杆一端螺纹连接，配重杆下端与配重中间的螺纹孔连接，配重可以固定在配重杆的任意位置。本实用新型主要是在人形躯干两侧增加配重，使之前后摆动，一段时间后人形躯干回至原平衡位置，来演示平衡类型，因此通过长螺纹杆作为配重杆，配重在螺纹杆上螺旋上升和下降，调整重心高低位置，调整摆动幅度。
[0009]对上述结构作进一步限定，所述的人形躯干和手臂为轻质、刚度大的材质，所述平衡杆和配重杆为刚度大的金属材料，所述的配重为密度大的金属材料。
[0010]采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本实用新型利用形象生动的人形躯干，配合可以调节角度的手臂作为平衡体，通过平衡体两侧的配重重心高度，实现对平衡体平衡性的控制，利用微小扰动来演示平衡现象，能够生动形象的表现出平衡状态，确定平衡类型，用于力学的教学中，将枯燥的力学问题变得生动有趣，体现趣味教具的特性。本实用新型结构简单、外形美观，制作成本低，演示方便、可靠性强，采用该教具具有较高的性价比和实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]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。
[0012]图1是本实用新型中手持重物的示意图；
[0013]图2是本实用新型中未手持重物的示意图；
[0014]其中:1、人形躯干，2、手臂，3、配重杆，4、配重，5、平台，6、平衡杆。
【具体实施方式】
[0015]本实用新型具体涉及一种研究刚体平衡类型的趣味教具，该教具可以演示稳定平衡和不稳定平衡两种平衡类型，教具的具体包括工字型平台5、人形躯干1、手臂2、配重杆3、配重4和平衡杆6，平台5上表面为平面，在平台5上设有可以摇摆的人形躯干1，人形躯干1与平台5为两点接触，即人形躯干1的两个脚与平台5上表面点接触，可以把脚部设计为圆弧形状，也可以设计为尖头结构。为了方便调整平衡，使平台5上的平衡部分重心位置在人形躯干1两脚之间，把人形躯干1的腿部设计为倒置的四棱锥结构，其锥顶与平台5表面接触。
[0016]手臂2为两个，分别设于人形躯干1的两侧，通过螺栓与之连接，这样可以实现手臂2与人体躯干1之间角度的调节。在手臂2端部连接有水平放置的平衡杆6，平衡杆6为矩形截面，平衡杆6的中部通过手臂端部以榫接形式固接，该结构类似手抓平衡杆的形式，使该教具更加形象生动。在平衡杆6的两端分别通过配重杆3连接有配重4，配重杆3为螺纹杆，配重杆3上端与平衡杆6 —端螺纹连接，配重杆3下端与配重4中间的螺纹孔连接，配重4可以固定在配重杆3的任意位置。在人形躯干两侧增加配重，使之前后摆动，一段时间后人形躯干回至原平衡位置，利用微小扰动来演示平衡现象，能够生动形象的表现出平衡状态，确定平衡类型，用于力学的教学中，将枯燥的力学问题变得生动有趣，体现趣味教具的特性。
[0017]另外，为了使该教具演示效果与力学中平衡现象更加接近，一般把人形躯干1和手臂2通过轻质、刚度大的材质，平衡杆6和配重杆3为刚度大的金属材料，配重4为密度大的金属材料。本实用新型结构简单、外形美观，制作成本低，演示方便、可靠性强，采用该教具具有较高的性价比和实用性。
[0018]本教具用于演示两种平衡类型的方案如下:
[0019]方案一:如图1所示，手臂2与人型躯干1通过螺栓连接，在配重杆3上增加配重4，并把配重4的位置调整在平台5上表面以下，然后调整手臂2与人型躯干1的角度，使平衡体稳定站立于平台5上，在人形躯干1的背部施加一微小扰动，发现整个平衡体在轻微晃动之后，在原来位置又保持平衡状态。此时可以确认平衡体处于稳定平衡状态。
[0020]方案二:如附图2所示，在方案一的基础上，去掉平衡杆6、配重杆3和配重4，手臂2与人型躯干1通过螺栓连接，调整手臂2与人型躯干1的角度，使平衡体稳定站立于平台5上，对人形躯干1背部施加一微小扰动，发现平衡体会倒下，不能保持平衡状态。此时可以确认平衡体处于不稳定平衡状态。
[0021]通过以上的两个方案，可以很形象、生动的对两种平衡类型进行演示，使得学生更容易理解稳定平衡和不稳定平衡现象，并且此教具体积小、便于携带，可用于课堂展示，该教具结构简单，制作成本低，演示方便，演示可靠性强，外形美观，具有较高的性价比和实用性。
【权利要求】
1.一种研究刚体平衡类型的趣味教具，其特征在于包括平台(5)，所述的平台(5)上设有人形躯干(I )，人形躯干(I)与平台(5)为两点接触，在人形躯干(I)的两侧设有螺栓连接的手臂(2)，手臂(2)与人体躯干(I)之间设有可调节的夹角，所述的手臂(2)端部连接有水平放置的平衡杆(6 )，在平衡杆(6 )的两端分别通过配重杆(3 )连接有配重(4 )。
2.根据权利要求1所述的一种研究刚体平衡类型的趣味教具，其特征在于所述的人形躯干(I)的腿部为倒置四棱锥结构，其锥顶与平台(5)表面接触。
3.根据权利要求2所述的一种研究刚体平衡类型的趣味教具，其特征在于所述的平衡杆(6)为矩形截面，平衡杆(6)中部以榫接固接于手臂(2)末端缺口处。
4.根据权利要求3所述的一种研究刚体平衡类型的趣味教具，其特征在于所述的配重杆(3 )为螺纹杆，配重杆(3 )上端与平衡杆(6 ) 一端螺纹连接，配重杆(3 )下端与配重(4)中间的螺纹孔连接，配重(4)可以固定在配重杆(3)的任意位置。
5.根据权利要求4所述的一种研究刚体平衡类型的趣味教具，其特征在于所述的人形躯干(I)和手臂(2)为轻质、刚度大的材质，所述的平衡杆(6)和配重杆(3)为刚度大的金属材料，所述的配重(4)为密度大的金属材料。
【文档编号】G09B23/10GK204143709SQ201420713886
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】杨文刚, 孙岑, 张晨浩, 傅家伟 申请人:华北电力大学（保定）