新型模拟地球自转和公转的教具的制作方法

本发明属于物理技术领域，具体地涉及一种新型模拟地球自转和公转的教具。

背景技术：

目前市面上出售的普通的地球仪是由绘制有地图的球形体和支架组成，这种地球仪只能静态地反应各地理位置和特征，无法全面直观地动态的表达月球、地球与太阳间的运动关系及由这种运动关系所产生的众多天文地理现象，由于没有直观的教具进行演示；这些信息、知识只能凭借人们的想象力来获得，既不直观也不真实，大大增加了人们特别是空间想象力不成熟的青少年学习地理知识的难度和准确理解的困难，甚至造成人们获得错误的信息。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种新型模拟地球自转和公转的教具能够模拟人造卫星公转、月亮公转、地球公转和地球自转等天文现象，提高人们对天文地理的认识，便于学习晓天文知识。

为了达到上述目的，本发明公开了一种新型模拟地球自转和公转的教具，包括机座和设置在机座上的圆形轨道，所述机座中部设置有太阳仪和驱动太阳仪自转的转动机构，所述圆形轨道上设置有地球仪安装座和驱动地球仪安装座移动的传动机构；所述地球仪安装座内设置有电机，所述电机连接有转动杆，所述转动杆伸出地球仪安装座的上部套装有地球仪、固定套筒和摩擦套筒，，所述地球仪轨道处固定设置有同步卫星球支架和设置在同步卫星球支架上的同步卫星球，所述固定套筒上设置有支架和连接在支架顶部的同步以上卫星球，所述摩擦套筒上设置有弧形支架和连接在弧形支架顶部的同步以下卫星球。

进一步，所述摩擦套筒与转动杆之间设置有耐磨套，所述弧形支架上铰接有摩擦杆，所述摩擦杆顶部设置有与地球仪表面接触的摩擦垫。

进一步，所述转动机构包括依次连接的电机i、传动轴i和太阳仪固定架。

进一步，所述椭圆形轨道设置为一对电极轨道和位于轨道一侧的齿条轨道。

进一步，所述传动机构包括电机ii、传动轴ii和与齿条轨道上齿条啮合的齿轮。

进一步，所述地球仪安装座底部设置有一对与电极轨道电连接的电极脚，所述电机和电机ii分别通过开关i和开关ii与电极脚电连接。

进一步，所述同步卫星球和同步以上卫星球均通过细弹性线分别连接在支架和弧形支架上。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明新型模拟地球自转和公转的教具能够模拟人造飞船上天、人造卫星公转、月亮公转、地球公转和地球自转等天文现象，提高人们对天文地理的认识，便于学者知晓天文知识。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的一个实施例新型模拟地球自转和公转的教具的结构示意图；

图2为本发明的另一个实施例的新型模拟地球自转和公转的教具中地球仪的结构示意图；

图3为本发明的另一个实施例的新型模拟地球自转和公转的教具中地球仪顶部局部剖视图；

图4为本发明的波浪螺旋形轨道图。

附图标记：1-机座；2-电源装置；3-椭圆形轨道；4-地球仪；5-太阳仪；6-地球仪安装座；7-转动杆；8-走轮；9a-开关i；9b-开关ii；10-电极脚；11-同步以上卫星球；12-同步以下卫星球；13-支架；14-弧形支架；15-摩擦套筒；16-摩擦杆；17-固定套筒；18-耐磨套；19-齿轮；20-同步卫星球；21-同步卫星球支架。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1-图3所示，本发明公开了一种新型模拟地球自转和公转的教具，包括机座1和设置在机座1上的椭圆形轨道3，所述机座1中部设置有太阳仪5和驱动太阳仪5自转的转动机构，所述圆形轨道上3设置有地球仪安装座6和驱动地球仪安装座6移动的传动机构；所述地球仪安装座6内设置有电机，所述电机连接有转动杆7，所述转动杆7伸出地球仪安装座6的上部套装有地球仪5、固定套筒17和摩擦套筒15，所述地球仪6轨道处固定设置有同步卫星球支架21和设置在同步卫星球支架21上的同步卫星球20，所述固定套筒17上设置有支架13和连接在支架13顶部的同步以上卫星球20，所述摩擦套筒15上设置有弧形支架14和连接在弧形支架14顶部的同步以下卫星球12。

本实施例能够模拟人造卫星公转、月亮公转、地球公转和地球自转等天文现象，提高人们对天文地理的认识，便于学者知晓天文知识。

进一步，优选的所述摩擦套筒16与转动杆7之间设置有耐磨套18，所述弧形支架14上铰接有摩擦杆16，所述摩擦杆16顶部设置有与地球仪4表面接触的摩擦垫，该结构通过摩擦垫与地球仪4表面接触摩擦，使摩擦套筒16与转动杆7之间发生相对摩擦运动，使同步以上卫星球11的转速慢于同步卫星球20，便于模拟同步轨道以上的卫星转动情况。

进一步，优选的所述转动机构包括依次连接的电机i、传动轴i和太阳仪固定架,通过电机i的转动、带动传动轴i、太阳仪固定架和太阳仪球自转，模拟太阳自转现象、地球自转现象。

进一步，优选的所述圆形轨道3设置为一对电极轨道和位于轨道一侧的齿条轨道，优选的所述地球仪安装座6底部设置有一对与电极轨道电连接的电极脚10，所述电机和电机ii分别通过开关i9a和开关ii9b与电极脚10电连接，优选的所述传动机构包括电机ii、传动轴ii和与齿条轨道上齿条啮合的齿轮，本实施例通过在机座1侧壁上设置有电源装置2和电源线，电源装置2通过在轨道上设置有1对电极片或者电导轨，1对电极片或者电导轨与电源装置2的正极和负极导通，将地球仪安装座6固定在椭圆形轨道3上，通过电极脚10与1对电极片或者电导轨接通给电机和电机ii送电，通过开关i9a和开关ii9b，控制电机和电机ii工作，模拟地球仪自转，以及地球仪沿着椭圆形轨道3绕着太阳仪公转。

其中电机ii转动，把动力传递给齿轮，齿轮在齿条之间啮合摩擦，推动地球仪安装座6沿着齿条轨道和电极轨道移动，达到模拟地球仪沿着圆形轨道3绕着太阳仪公转的目的，该结构避免了接线干扰，使地球仪安装座6自带电源，缩小地球仪安装座6的体积，是整个教具体积小，搬运方便，便于在课堂上模拟教学。

进一步，优选的所述同步卫星球20和同步以上卫星球11均通过细弹性线分别连接在支架13和弧形支架14上，该结构有利于模拟同步卫星球20和同步以上卫星球11在同步轨道以上、同步轨道以下的运行情况。

进一步，优选的机座1底部设置有不少于2个走轮8，该结构通过走轮可以模拟地球和太阳在空间中的运行轨迹。

一、模拟行星运行的各种轨道

1、以太阳为中心的圆心轨道说：太阳在原地不向前运动，启动开关i9a，控制电机工作，使地球仪安装座6上地球仪自转，同时带动固定套筒17上的同步卫星球20绕不向前运动的太阳公转，地球公转就能形成绕太阳的封闭圆形轨迹；

2、以太阳为中心的椭圆形轨道说：启动开关使太阳向前移动，再启动开关ii9b，控制电机ii工作，使地球仪安装座6上地球仪沿着圆形轨道3移动，当地球仪运动到太阳正前方时，再启动开关使太阳停止前进，并让太阳返转走回到出发原点上，地球公转就能形成绕太阳的封闭椭圆形轨迹；

3、以太阳为中心的波浪螺旋形轨道说：启动开关使太阳一直向前移动不后退，启动开关i9a和开关ii9b，控制电机和电机ii工作，使地球仪安装座6上地球仪自转，同时带动固定套筒17上的同步卫星球20转动，同时使地球仪安装座6上地球仪沿着圆形轨道3移动，如果在6上固定一支铅笔，地球仪绕太阳公转就能在地上画出永不封闭的波浪螺旋形轨迹。

二、模拟卫星在行星轨道上的公转

理论基础：主星要自转，卫星才能绕主星公转。在主星自转线速度产生的引力带动下，卫星才能绕主星赤道面公转。

1、演示卫星在同步轨道以下的公转情况：

启动开关i9a，控制电机低速工作，使地球仪安装座6上地球仪4自转，同时带动摩擦套筒15上的同步以下卫星球12在沿地球仪4公转，此时细线带动同步以下卫星球12与地球仪4之间的距离小于同步卫星球20与地球仪4之间的距离，此时同步以下卫星球12沿地球周围同步轨道以下运行，卫星公转速度大于地球仪自转角速度。由于引力大于斥力，同步轨道以下的卫星公转将会全部下落地面。

2、模拟卫星在同步轨道的公转情况：

启动开关i9a，控制电机中速工作，使地球仪安装座6上地球仪4自转，同时带动21上的同步卫星球20沿地球仪4公转。表示该卫星沿地球同步轨道上运行，卫星公转速度等于地球仪自转动角速度。同步轨道上的卫星看起来静止在空中不动。由于引力等于斥力，同步轨道上的卫星不会下落。

3、模拟同步轨道以上的卫星公转情况：

启动开关i9a，控制电机快速工作，使地球仪安装座6上地球仪4自转同时带动固定套筒17上的同步以上卫星球11在沿地球仪4公转，同步以上卫星球11与地球仪4之间的大于同步卫星球20与地球仪4之间的距离，此时卫星球公转速度，慢于地球自转角速度。当卫星轨道越高，公转速度就越慢，当轨道达到一定高度后，卫星就不能绕地球公转而到边界。同步轨道以上及边界以内的卫星因引力与斥力平均衡，所以卫星不会下落。在边界线以外，由于两者之间的引力小于斥力，卫星不会受地球引力控制。

4、能直接观察卫星同步自转情况：

将卫星球13作上记号，卫星球逆时针绕地球仪公转一圈，自身会绕连接双方的细线也顺时针滚动一圈，叫卫星的同步自转。

三、模拟地球绕太阳公转时快时慢的原因：

理论基础：地球绕一直向前运动的太阳公转，就会形成永不封闭的波浪螺旋形轨迹。见图4：

用波浪螺旋形轨迹为基础，说明地球绕太阳公转时为什么会出现忽快忽慢的现象：

以1月1日地球在太阳正下方a为起点计，地球从下绕90度到太阳正后方x时，太阳、地球，运动的方向背道而驰，双方的引力对地球有减速作用；经过春分点b，再绕90度到7月1日远日点c的太阳正上方时，双方的运动方向相同，是太阳在前，拉地球前进，双方引力对地球有加速作用；地球过远日点c，经过秋分点d，再绕90度到太阳正前方x时，是地球引力拉太阳前进，因太阳巨大引力在后，对地球有减速作用；地球从太阳正前方走到次年1月1日a的正下方90度时，双方相向而行，由于双方引力相互吸引，对地球有加速作用，从而使地球运动轨迹形成一个波浪形，下一年的地球又重复上一年故事，形成又一条波浪线；两条波浪线相连，而形成一个永远不会封闭的波浪螺旋形轨迹，由于地球在波浪螺旋形轨道上绕太阳赤道面公转，因双方引力作用及运动方向、角度、前后位置的不同变化，才使地球在公转时表现出忽快忽慢的现象。

模拟实验：

1)准备工作，同时启动开关i9a和开关ii9b，控制电机和电机ii工作，控制电机中速工作，使地球仪安装座6上地球仪4自转，同时带动固定套筒17上的同步卫星球20转动，同时使地球仪安装座6上地球仪沿着圆形轨道3上移动，此时带动固定套筒17上的同步卫星球20在沿地球仪4公转，此时细线带动同步卫星球20与地球仪4之间的距离大于同步轨道距离，使该卫星绕地球同步轨道以上运行；地球转动仪自转速度大于卫星球20的公转速度，由于两者之间的引力等于离心力，同步轨道以上卫星不会下落。比如：地球自转28圈，月亮绕地球公转一圈，同时同步自转一圈，这种情况就是同步轨道以上的情形。

2)实验开始：通过外力拉动机座1以及走轮直线移动，通过0.05m/s低速、0.5m/s中速和2m/s高速进行实验时，在直线移动速度为0.5m/s和2m/s时，在地球仪安装座6公转到太阳仪的正前方时，太阳返转走回到出发点，地球公转就能形成封闭椭圆形。利用水星椭圆形轨道，用远日点减近日点之差，除半年时间可以计算太阳速度约每秒5公里以内。根据太阳移动速度和地球公转速度，可以利用波浪螺旋形轨道中的的螺旋小圈，测算太阳速度每秒低于5公里。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。