一种具有液体合成器的多功能演示装置的制作方法

文档序号:21699979发布日期:2020-07-31 23:26阅读:184来源:国知局
一种具有液体合成器的多功能演示装置的制作方法

本发明涉及一种具有液体合成器的多功能演示装置。



背景技术:

勾股定理是说明直角三角形三边关系,是初中学生必须掌握的内容,由于满足的数值是特殊三数组,初中学生初次用平方式来反映三边关系很不适应,虽然结论的证明有多种方法但都不直观,此外还有平方差公式等平方式,也具有类似不便于演示的问题,教师讲授时没有合适的教具和真实的情景做引导和启发,学生学习时感到非常吃力,加重了教与学的双重困难。

专利申请号为201721847851.5的文献中给出了“一种勾股定理演示教具”,此方案通过容器中的液体合成表明体积变化关系,进而直观演示了勾股定理中的平方式关系,但是此技术中的容器形状固定,只能演示一组固定数值构成的直角三角形,不能连续演示多组数值,此外该教具也只适用于勾股定理演示不具有其他平方式的演示功能。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种具有液体合成器的多功能演示装置,以解决现有技术中无法对任意数值的公式进行验证演示,同时解决现有演示装置功能单一的问题。

所述的具有液体合成器的多功能演示装置,包括底盘支架、连通系统和至少三个合成器组件,所述底盘支架包括底盘和垂直固定在所述底盘上的立柱,所述合成器组件包括沿所述立柱设置的第一合成器组件、第二合成器组件和第三合成器组件,各个合成器组件的结构相同均包括活动笼架、安装于活动笼架上的透明箱架和设于所述透明箱架内的变形机构,所述透明箱架和所述架笼结构上均设有标尺,所述变形机构与所述透明箱架的前、后壁组成能储存液体的展示区,所述变形机构形成所述展示区的矩形边框并能改变展示区的边长,在演示勾股定理时,三个合成器组件的活动笼架的长边在所述底盘上的投影组成直角三角形,所述第三合成器组件的长边为所述直角三角形的斜边,所述连通系统包括设于所述立柱顶部的储液器和连接管路,所述储液器通过所述连接管路连接到所述第一合成器组件、所述第二合成器组件和所述第三合成器组件的展示区。

优选的,所述变形机构由四个隔离组件围成,一个隔离组件的一端与相邻的隔离组件侧面滑动连接而另一端滑动连接在所述透明箱架侧壁上,所述透明箱架侧壁均设有驱动所述隔离组件平移的平移结构,所述平移结构包括设于所述透明箱架侧壁上的侧壁滑槽,所述侧壁滑槽中滑动连接有导向滑块和移动滑块,所述移动滑块上螺纹连接有平移螺杆,所述平移螺杆一端转动连接到所述隔离组件侧面而另一端伸出所述透明箱架并连接有转盘,所述导向滑块与垂直于所述侧壁滑槽的隔离组件滑动插接。

优选的,所述隔离组件包括矩形管、轴向螺杆、固定螺母、空心垫块、l形夹臂、内侧滑轨、外侧滑轨和外侧滑块,所述矩形管的前后两侧分别与所述透明箱架的前、后壁滑动接触,所述轴向螺杆穿过所述空心垫块将其固定在所述矩形管一端,所述轴向螺杆末端通过固定螺母安装在所述矩形管另一端位于所述透明箱架的外面,所述l形夹臂成对固定在所述空心垫块侧面并位于所述隔离组件端部,所述内侧滑轨和所述外侧滑轨沿长度方向分别固定在所述矩形管的两侧,所述l形夹臂与所述空心垫块端面形成与所述内侧滑轨滑动配合的t型槽,所述外侧滑块滑动连接在所述外侧滑轨上,所述外侧滑块与所述平移螺杆转动连接,所述矩形管上设有穿过所述矩形管伸入所述展示区的通水管。

优选的,所述矩形管与所述透明箱架的前、后壁接触的部分具有密封层,所述t型槽表面和所述l形夹臂上接触所述矩形管的表面均具有密封层。

优选的,所述透明箱架的前、后壁均包括透明板壁和包在所述透明板壁周围的矩形框体,所述透明板壁上均具有竖向标尺和水平标尺,所述透明箱架的后壁一侧通过铰链与所述透明箱架的侧壁铰接而另一侧通过箱锁与所述透明箱架的侧壁连接。

优选的,所述立柱上由上至下转动连接有至少4个定位套,所述定位套通过连接后顶紧所述立柱的销钉锁定位置,所述定位套侧面设有与所述滑动组件端部插接固定的插槽,所述立柱上还垂直固定有与所述立柱同心的固定有量角盘,所述量角盘沿周向设有角度标尺。

优选的,所述滑动组件包括内设同向滑道的长板和滑动连接在所述滑道上的所述滑台,所述长板一端可拆卸插接固定在所述插槽中,所述笼架结构的底板后部固定有穿过所述滑台的笼架转轴,所述笼架转轴上还螺纹连接有将所述笼架结构固定在所述长板上的锁紧螺母,所述笼架结构底板与所述透明箱架底部可拆卸固定连接,所述透明箱架平行于所述笼架结构长边,所述笼架结构的前侧长边上固定有同向的三角边标尺,所述三角边标尺上滑动连接有两个指针。

优选的,所述连通系统还包括校零竖管,每个变形机构的四个通水管中有两个通水管被封闭,一个通水管连接到设有排出阀的排出管而另一个连接到所述连接管路,所述连接管路具有两个进水口,所述储水器被隔板分为两个储水腔,两个进水口分别与两个储水腔连通并设有阀门,所述连接管路还设有分别连通各个展示区的展示区管路并在所述展示区管路上设有阀门,所述展示区管路下面还连通有校零管,所述校零管开口设有校零阀门,所述第三合成器组件到所述第二合成器组件和所述第一合成器组件之间的连接管路上均设有阀门。

优选的,在演示勾股定理时,所述第三合成器组件安装在最下面的定位套上,所述第一合成器组件和所述第二合成器组件中的液体在演示过程中均流入所述第三合成器组件。

优选的,在演示平方差公式时,所述第三合成器组件安装在最上面的定位套上,所述第三合成器组件中的液体在演示过程中分别流入所述第一合成器组件和所述第二合成器组件中。

本发明利用变形机构与透明箱架前后壁围成空间的厚度不变,通过调节变形机构改变相应边长,实现可演示数值范围内的无极调节,因此在数值范围内能完成任意数组构成的勾股定理及平方差公式的演示验证和液体合成效果。同时本发明还具有操作简单的优点,只要打开液体阀门可以演示,转动转盘就能变换图形形状及液体容器容量。结构紧凑成本低廉携带方便;适用性强:能在多种场合任意视角使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明中底盘支架的结构示意图。

图4为本发明中活动笼架的结构示意图。

图5为本发明中透明箱架的结构示意图。

图6为装有变形机构的透明箱架的结构示意图。

图7为储液器的结构示意图。

图8为隔离组件的结构示意图。

图9为本发明中连接管路和校零管的结构示意图。

附图中标记为:1、底盘支架,11、调节地脚,12、矩形底板,13、立柱,14、量角盘,15、定位套,16、销钉,17、插槽,2、第一合成器组件,3、第二合成器组件,4、第三合成器组件,5、活动笼架,51、长板,52、滑道,53、笼架结构,54、滑台,55、安装通槽,56、笼架转轴,57、锁紧螺母,58、三角边标尺,59、指针,6、透明箱架,61、侧边框架,62、矩形框体,63、侧壁滑槽,64、导向滑块,65、移动滑块,66、平移螺杆,67、透明板壁,68、箱锁,7、变形机构,8、连通系统,81、储液器,811、隔板,812、出水管一,813、出水管二,82、进水口一,821、阀门一,822、阀门三,83、进水口二,831、阀门七,832、阀门五,84、展示区管路一,841、阀门二,85、展示区管路二,851、阀门六,86、展示区管路三,861、阀门四,87、校零管,871、校零阀门,9、隔离组件,91、矩形管,92、外侧滑轨,93、内侧滑轨,94、外侧滑块,95、轴向螺杆,96、空心垫块,97、l形夹臂,98、固定螺母。

具体实施方式

下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明具体实施方式作进一步详细的说明,以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-9所示,本发明提供了一种具有液体合成器的多功能演示装置,包括底盘支架1、连通系统8和至少三个合成器组件,所述底盘支架1包括底盘和垂直固定在所述底盘上的立柱13,所述合成器组件包括沿所述立柱13设置的第一合成器组件2、第二合成器组件3和第三合成器组件3,各个合成器组件的结构相同均包括活动笼架5、安装于活动笼架5上的透明箱架6和设于所述透明箱架6内的变形机构7,所述透明箱架6和所述架笼结构上均设有标尺,所述变形机构7与所述透明箱架6的前、后壁组成能储存液体的展示区,所述变形机构7形成所述展示区的矩形边框并能改变展示区的边长,在演示勾股定理时,三个合成器组件的活动笼架5的长边在所述底盘上的投影组成直角三角形,所述第三合成器组件3的长边为所述直角三角形的斜边,所述连通系统8包括设于所述立柱13顶部的储液器81和连接管路,所述储液器81通连接到所述第一合成器组件2、所述第二合成器组件3和所述第三合成器组件3的展示区。

所述活动笼架5包括一端转动连接在所述立柱13上的滑动组件和转动安装在所述滑动组件的滑台54上的笼架结构53,所述透明箱架6安装在所述笼架结构53上,各个透明箱架6的厚度以及各个变形机构7的厚度均相同,第三合成器中的活动笼架5的笼架结构53长度、透明箱架6的边长和设于所述透明箱架6内的变形机构7边长均大于第一、二合成器组件中的相应组件。储液器81中储存有进行演示时所用的液体,可以使用清水,但为了便于展示最好使用有色溶液。底盘包括矩形底板12和固定在所述矩形底板12四个角下面的调节地脚11。

所述变形机构7由四个隔离组件9围成,一个隔离组件9的一端与相邻的隔离组件9侧面滑动连接而另一端滑动连接在所述透明箱架6侧壁上,所述透明箱架6侧壁均设有驱动所述隔离组件9平移的平移结构,所述平移结构包括设于所述透明箱架6侧壁上的侧壁滑槽63,所述侧壁滑槽63中滑动连接有导向滑块64和移动滑块65,所述移动滑块65上螺纹连接有平移螺杆66,所述平移螺杆66一端转动连接到所述隔离组件9侧面而另一端伸出所述透明箱架6并连接有转盘,所述导向滑块64与垂直于所述侧壁滑槽63的隔离组件9滑动插接。

所述隔离组件9包括矩形管91、轴向螺杆95、固定螺母98、空心垫块96、l形夹臂97、内侧滑轨93、外侧滑轨92和外侧滑块94,所述矩形管91的前后两侧分别与所述透明箱架6的前、后壁滑动接触,所述轴向螺杆95穿过所述空心垫块96将其固定在所述矩形管91一端,所述轴向螺杆95末端通过固定螺母98安装在所述矩形管91另一端位于所述透明箱架6的外面,所述l形夹臂97成对固定在所述空心垫块96侧面并位于所述隔离组件9端部,所述内侧滑轨93和所述外侧滑轨92沿长度方向分别固定在所述矩形管91的两侧,所述l形夹臂97与所述空心垫块96端面形成与所述内侧滑轨93滑动配合的t型槽.所述矩形管91与所述透明箱架6的前、后壁接触的部分具有密封层,所述t型槽表面和所述l形夹臂97上接触所述矩形管91的表面均具有密封层。所述外侧滑块94滑动连接在所述外侧滑轨92上,所述外侧滑块94与所述平移螺杆66转动连接,所述矩形管91上设有穿过所述矩形管91伸入所述展示区的通水管。通水管连通展示区的端部基本与矩形管91外壁表面平齐,这样便于排尽展示区中的液体,也方便进行液面校零。

所述透明箱架6的前、后壁均包括透明板壁67和包在所述透明板壁67周围的矩形框体62,所述透明板壁67上均具有竖向标尺和水平标尺,所述透明箱架6的后壁一侧通过铰链与所述透明箱架6的侧壁铰接而另一侧通过箱锁68与所述透明箱架6的侧壁连接。

透明箱架6包括围在上下左右四周的侧边框架61,由于导向滑块64的大小必然大于隔离组件9的横截面,而侧边框架61厚度也大于所述导向滑块64以便于设置侧壁滑槽63,而透明箱架6的前壁和后壁之间的间距需要与隔离组件9的前后方向厚度相当,才能保证展示区周侧密封不会漏出液体。因此矩形框体62截面为l形并与侧边框架61的内侧边固定连接,透明板壁67向透明箱架6内侧凹陷,在关闭后透明板壁67压在密封层上在允许隔离组件9移动的同时保证密封效果。

所述立柱13上由上至下转动连接有至少4个定位套15,所述定位套15通过连接后顶紧所述立柱13的销钉16锁定位置,所述定位套15侧面设有与所述滑动组件端部插接固定的插槽17,所述立柱13上还垂直固定有与所述立柱13同心的固定有量角盘14,所述量角盘14沿周向设有角度标尺。定位套15之间距离依据靠下的定位套15所连接的合成器组件上透明箱体的高度决定。

所述滑动组件包括内设同向滑道52的长板51和滑动连接在所述滑道52上的所述滑台54,所述长板51一端可拆卸插接固定在所述插槽17中,所述笼架结构53的底板后部固定有穿过所述滑台54的笼架转轴56,所述笼架转轴56上还螺纹连接有将所述笼架结构53固定在所述长板51上的锁紧螺母57,所述笼架结构53底板与所述透明箱架6底部可拆卸固定连接,所述透明箱架6平行与所述笼架结构53长边,所述笼架结构53的前侧长边上固定有同向的三角边标尺58,所述三角边标尺58上滑动连接有两个指针59。

所述透明箱架6底部两端固定有安装螺栓,所述笼架结构53的底板上设有与自身长边平行的安装通槽55,所述安装螺栓穿过安装通槽55通过拧紧相应的安装螺母将透明箱架6固定在笼架结构53上。

所述连通系统8还包括校零竖管,每个变形机构7的四个通水管中有两个通水管被封闭,一个通水管连接到设有排出阀的排出管而另一个连接到所述连接管路,所述连接管路两端分别为两个进水口,所述储水器被隔板811分为两个储水腔,两个进水口分别与两个储水腔连通并设有阀门,所述连接管路还设有分别连通各个展示区的展示区管路,所述展示区管路为支管并设有阀门,所述展示区管路下面还连通有校零管87,液体会从展示区管路自然流入所述校零管87,所述校零管87开口设有校零阀门871,所述第三合成器组件3到所述第二合成器组件3和所述第一合成器组件2之间的连接管路上均设有阀门。

本发明能演示多个数组下的勾股定理以及平方差公式,将两个储液腔分别用k1和k2表示,二者底部分别设有连通的出水管一812和出水管二813;第一、二、三合成器组件中展示区分别设定为t1、t2、和t3,相应的变形机构7围成的矩形分别为w1、w2和w3;第一、二、三合成器组件中三角边标尺58设定的长度后形成的线段分别设定为a、b和c。根据附图9,除校零阀门871外各个阀门自连接到出水管一812的进水口一82开始沿连接管路方向分别设定为阀门一821、阀门二841、阀门三822、阀门四861、阀门五832、阀门六851、和阀门七831,最终到连接管路连接所述出水管二813的进水口二83。展示区管路包括分别对应第一合成器组件2、第二合成器组件3和第三合成器组件3的展示区管路一84、展示区管路二85和展示区管路三86,三个展示区管路上依次分别设有所述阀门二841、所述阀门四861和所述阀门六851。四个定位套15由上至下分别为定位套15一、定位套15二、定位套15三和定位套15四。

在进行勾股定理展示时,第一合成器组件2为勾合成器组件,第二合成器组件3为股合成器组件,第三合成器组件3为弦合成器组件,分别对应直角三角形的两个直角边和一个斜边。在开始展示前组装本演示装置,其中第一合成器组件2、第二合成器组件3和第三合成器组件3由上至下安装到对应的定位套15二、定位套15三和定位套15四。之后开始进行液体合成展示的准备,打开除校零阀门871外的其他阀门,令储液器81中的液体充满连接管路,到各个展示区中有少量液体时关闭各个阀门,之后进行展示区中液体校零,打开对应各个展示区的校零阀门871,液体落入对应展示区的校零管87中,待相应展示区中液面达到通水管顶端即展示区底部时关闭校零阀门871实现展示区中液体的校零。

开始进行演示前转动第一合成器组件2和第二合成器组件3中的笼架结构53,让三角边标尺58与长板51平行后锁定笼架结构53。然后转动相应的定位套15二和定位套15三,依据量角盘14上的角度标尺令第一合成器组件2和第二合成器组件3相互垂直,然后松开笼架结构53,调整滑台54的位置让二者的三角边标尺58端部接于一点,即让a、b两个线段垂直相连形成三角形的两个直边,然后根据验证的数组调节相应三角边标尺58上的指针59,得到相应长度的a、b,其中两个指针59重合形成交点c,另外两个指针59位置分别为点a和点b。之后调整第三合成器组件3上的三角边标尺58位置,使其过点a和点b,之后固定第三合成器组件3上的透明箱体,并调整其上的两个指针59使其分别位于点a和点b,通过指针59在三角边标尺58上的间距得到斜边c的长度,a、b和c的长度分别为α、β和γ,形成该结构后向学生展示。

之后通过平移机构调节各个变形机构7形成相应边长的正方形,其中w1的边长为α、w2的边长为β、w3的边长为γ。调节时通过调节螺杆转动能调节两个隔离组件9随之移动,根据竖向标尺和水平标尺确定围成正方形的大小,在调节后展示给学生。调节螺杆调节时能实现自锁,并能精细控制隔离组件9位置,因此调节结果稳定方便。

在进行液体合成演示时,首先打开阀门一821和阀门二841,让k1中的液体流入t1直至装满关闭相应阀门,再打开阀门六851和阀门七831,让k2中的液体流入t2直至装满关闭相应阀门,这时,t1和t2中装满液体用于表示α2和β2,展示后打开阀门三822、阀门四861和阀门五832,液体分别从t1和t2中流入t3,等液体完全流入t3后关闭各个阀门,这时液体正好装满t3表示γ2,因此本装置完整展示了边长等于三角形各边的正方形面积满足α22=γ的数学关系。在演示完成后打开排出阀,通过排出管将t3中的液体排入事先准备的容器后,再倒回储液器81。本方案在设定各边数值均不小于对应透明箱架6边长的前提下,能应用与不同数值的演示实验,同时能通过液体流动混合后的效果说明勾股定理,具有能应用于不同数值的勾股定理验证,表明该定理的普遍性。

在进行平方差公式的演示时,将第三合成器组件3从第四定位套15拆下移动安装到第一定位套15位于第一合成器组件2的上方。设定平方差公式为γ22=(γ+α)(γ-α),γ>α。通过平移机构调节各个变形机构7,其中w3为边长等于γ的正方形、w1为边长等于α的正方形,而w2为矩形,w2的长边长度等于γ+α,短边长度等于γ-α,调节后展示给学生,注意在设定数值时γ+α不能超出第二合成器组件3中变形机构7的最大边长。

在进行液体合成演示时,首先打开阀门一821、阀门三822和阀门四861,从k1中向t3中加入液体直至加满后关闭各个阀门,展示给学生,这时t3中的液体表示γ2。然后打开阀门四861、阀门三822和阀门二841,从t3向t1中灌入液体直至装满,关闭各阀门后展示给学生,这时t1中的液体表示α2,而t3中剩下的液体就表示γ22。最后将阀门四861、阀门五832和阀门六851打开,将t1中剩下的液体全部装入t2中并刚好装满,关闭相应阀门,展示给学生,这时t2中液体表示(γ+α)(γ-α)且其体积与t1中剩余液体相等,从而证明了平方差公式,因此该演示装置能较好地演示出本公式,演示效果直观形象,方便学生理解。之后将t1和t2中的液体通过排出管排入准备好的容器再灌入储液器81中。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明保护范围之内。

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