李萨如图形教学演示仪的制作方法

文档序号:2641926阅读:410来源:国知局
专利名称:李萨如图形教学演示仪的制作方法
技术领域
本实用新型属于物理教学演示仪,特别是能直观演示描绘李萨如图形的教学演示仪。
申请日以前有“示波器”能演李萨如图形。
但示波器有不足之处,它就是质点作相互垂直的简谐振动的过程和李萨如图形合成的过程,是通过电流的振动来实现的。由于电流振动的频率很高,因此,肉眼根本无法观察到互相垂直简谐振动的物理过程和合成李萨如图形的物理过程,直观性差,学生理解尚难。本实用新型的目的针对上述情况,根据人的认识规律总是从感性到理性,因此研制用机械的相互垂直的简谐振动合成李萨如图形。使相互垂直简谐振动的速度和合成李萨如图形的速度大大减慢,甚至其速度人工可以控制,使学生能够直接观察到质点作相互垂直简谐振动的物理过程和合成李萨如图形的物理过程,还能观察到李萨如图形教学演示仪,它自动地把李萨如图形描绘在一张白纸上,解决直观性问题,改革教学手段,提高教学质量。
本实用新型的目的是这样实现的,由框架、振动梁、齿轮组和装有中空圆柱体笔杆座的四层槽轨描绘机构所组成。框架是“田”字形,并且在其上横梁5、下横梁6、左竖梁16、右竖梁17的四条边梁内侧,用铣床都铣了同等深度,相同宽度,相同长度,相互对称的直向横轨,20、21、22、23;所述的振动梁,由相互交叉成“十”字形状的竖直振动梁1和水平振动梁7所组成,在竖直振动梁的上层设置有一条与其具有一定间距的补加梁13,沿着竖直振动梁和它的补加梁的直向,各开了一个长度相等、宽度相等、方向相同,在同一平面的直向槽轨4,竖直振动梁1通过其两端上设置的滑块,分别安装在“田”字形框架的上横梁5、下横梁6两条边梁内侧设置的直向槽轨20、21之内,使其与上横梁,下横梁,实现滑动配合,在水平振动梁的上层设置有一条与其具有一定间距的补加梁,沿着水平振动梁和它的补加梁的直向,各开了一条长度相等,宽度相等,方向相同,在同平面的直向槽轨,水平振动梁7通过其两端上设置的滑块,分别安装在“田”字形框架的左竖梁16,右竖梁17两条边梁内侧设置的直向槽轨22、23内,使其与左竖梁,右竖梁实现滑动配合,竖直振动梁1在水平振梁7和它的补加梁14之间,滑动配合,水平振动梁7的补加梁14在竖直振动梁1和它的补加梁13之间,滑动配合。
所述的齿轮组,由转轴固定在中横梁15上的齿轮2、转轴固定在中竖梁18上的齿轮8、转轴固定在中横梁和中竖梁交接处上的中介齿轮10进行传动配合所组成;转轴固定在中横梁15上的齿轮2通过其边缘上设置的一个圆柱形支柱3装置在竖直振动梁的直向槽轨4之内,实现滑动配合,转轴固定在中竖梁18上的齿轮8,通过其边缘上设置的一个圆柱形支柱9装置在水平振动梁的直向槽轨之内,实现滑动配合;所述描绘机构,动画笔杆插在中空圆柱体笔杆座12的中空之内,中空圆柱体笔杆座安装在竖直振动梁1和它的补加梁13的直向槽轨、水平振动梁7和它的补加梁14的直向槽轨交叉处,由四层槽轨所构成的方孔11之内,中空圆柱体笔杆座12与四层槽轨所构成的方孔11实行滑动配合。
中空圆柱体笔杆座12随竖直振动梁1和水平振动梁7的交叉处的运动而运动,因此动画笔把交叉处的轨迹李萨如图形演示、描绘在一张白纸上,达到本实用新型演示仪研制的目的。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。


图1,利用“参考圆”推证一个质点做简谐振动的图。
图2,利用“参考圆”推证一条线做简谐振动的图。
图3,竖直振动梁1及其补加梁13的位置关系图。
图4,为竖直振动梁1及其补加梁13,水平振动梁7及其补加梁14和中空园柱体笔杆座12的位置关系图。
附图5,为本实用新型整体结构原理简图。
本实用新型的基本理原是根据物理教材内容,利用“参考圆”研究弹簧振子振动规律的方法,半径为RA的质点M,作匀速速圆运动时,质点M在X轴上的投影P的位移是x。
图1x=RACOSa 该方程是简谐振动的方程,即M在X轴上投影P点的运动是简谐振动,平衡位置在X轴的原点,即圆心OA处,RA是P点作简谐振动的振幅。T1是质点M做匀速圆周运动的周期,也是P点做简谐振动周期。
φ1是质点M在时间t=0时,RA与X轴之间的夹角,也是t=0时,P点作简谐振动的初相。
如果把投影直线MP延长,图2,延长后的投影直线用S来表示,在S上取任意一点P’,则P’在平行于OAP的直线上的O’P’直线上来回振动,平衡拉置在O’,即过OA的y轴的直线上。根据PP’//OAO’,x’//x∵O’P’=OAP=xP’的位移方程也是x′=RACOS(2ππt+Φ1)]]>即P’是任意选定的,因此投影直线S上各点,都作相等的简谐振动,振动方程都是x=RACOS(2πt/T1+φ1),如果在图3中用一根竖直振动梁1始终与振动投影直线S重合,则竖直振动梁1上的任何一点作与P点完全相等的简谐振动,这样,从理论到了实践。
图5为本实用新型李萨如图形教学演示仪的整体结构原理简图。
它由框架、振动梁、齿轮组和装有中空圆柱体笔杆座的四层槽轨描绘机构所组成。框架是“田”字形,由上横梁5、下横梁6、左竖梁16、右竖梁17、中横梁15、中竖梁18所组成。并且在其上横梁5、下横梁6、左竖梁16、右竖梁17的四条边梁内侧,用铣床都铣了同等深度,相同宽度,相同长度,相互对称的直向横轨,20、21、22、23;所述的振动梁,由相互交叉成“十”字形状的竖直振动梁1和水平振动梁7所组成,在竖直振动梁的上层设置有一条与其具有一定间距的补加梁13,图3,沿着竖直振动梁和它的补加梁的直向,各开了一个长度相等、宽度相等、方向相同,在同一平面的直向槽轨4,是用同步加工方法,用铣床铣出来的精密笪合,比较光滑;见图5,竖直振动梁1通过其两端上设置的滑块,分别安装在“田”字形框架的上横梁5、下横梁6两条边梁内侧设置的直向槽轨20、21之内,使其与上横梁,下横梁,实现滑动配合,使竖直振动梁1在振动过程中始终与图2中的S重合,使竖直振动梁1上的各个质点沿X轴方向都作相等的简谐振动,在水平振动梁7的上层设置有一条与其具有一定间距的补加梁,沿着水平振动梁和它的补加梁的直向,各开了一条长度相等,宽度相等,方向相同,在同平面的直向槽轨,水平振动梁7通过其两端上设置的滑块,分别安装在“田”字形框架的左竖梁16,右竖梁17两条边梁内侧设置的直向槽轨22、23内,使其与左竖梁,右竖梁实现滑动配合,它的加工方法和作用跟竖直振动梁1同。
所述的齿轮组,由转轴固定在中横梁15上的齿轮2、转轴固定在中竖梁18上的齿轮8、转轴固定在中横梁和中竖梁交接处上的中介齿轮10进行传动配合所组成;转轴固定在中横梁15上的齿轮2在其边缘上设置一个圆柱形支柱3,通过齿轮传动,使圆柱形支柱3做匀速圆周运动,使齿轮2和圆柱形支柱3具有“参考圆”功能的作用,圆柱形支柱3装置在竖直振动梁的直向槽轨4之内,实现滑动配合,传动竖直振动梁1上各个质点都沿X轴方向作相等的简谐振动,振动方程为x=R3COS(2ππt+φ1)]]>R3是圆柱形支柱3的转动半径。
转轴固定在中竖梁18上的齿轮8,通过其边缘上设置的一个圆柱形支柱9装置在水平振动梁的直向槽轨之内,实现滑动配合,传动水平振动梁7上各点沿Y轴方向也都作相等的简谐振动,图5。
振动方程y=R9COS(2πt/t2+φ2),R9是图5中转轴固定在中竖梁18上的齿轮8边缘的圆柱形支柱9到齿轮8转轴的转动半径,振动梁7上各点作简谐振动的平衡位置,在过齿轮8圆心的水平直线上,齿轮8上面的圆柱形支柱9的转动半径,也是振幅,T2是周期,φ2是初相。齿轮2与齿轮8的传动是通过中介齿轮10传动的。
齿轮2、齿轮8、中介齿轮10三个齿轮匀速转动过程中竖直的振动梁1上的质点和水平的振动梁7上的质点作相互垂直的简谐振动,交点11的轨迹,就是李萨如图形。
所述装有中空圆柱体笔杆座的四层槽轨交叉描绘机构的装配结构是;竖直振动梁1在水平振动梁7和它的补加梁14的两条直梁之间滑动配合,见图4;水平振动梁7的补加梁14在竖直振动梁1和它的补架梁13之间,滑动配合。(图4的绘制,把图5中水平振动梁7旋转90°,再装配中空园柱体笔杆座12后绘的左视剖视图)。因此,在图5中,竖直振动梁1和水平振动梁7交叉的11处,有四层都有槽轨的梁,构成一个有一定深度的正方形的方孔,即图5中交点11的位置。中空圆柱体笔杆座12,安装在交叉11处的方孔之内,见图4。这种结构就是装有中空圆柱体笔杆座的,四层槽轨交叉描绘机构。中空圆柱体笔杆座,无论向何方歪偏,都有两个起支点作用的梁支持,使它不能歪偏。因此,插在中空圆柱体笔杆座12内的动画笔能准确、流畅地把图5中交叉11处合成李萨如图形的轨迹画在一张白纸上。
在操作过程中,可以把齿轮2、齿轮8、中介齿轮10其中任何一个齿轮当作主动轮,传动速度人工随意控制。因此,在图5中,竖直振动梁1和水平振动梁7各质分别作相互垂直简谐振动的物理过程和合成李萨如图形轨迹的交点11的物理过程,肉眼都可以观察得很清楚了
用不同半径的备用齿轮组,替代转轴固定在中竖梁上的齿轮8,则可改变互相垂直简谐振动周期之比。
改变圆柱支柱3或圆柱形支柱9的转动半径的大小,则可改变作简谐振动的振幅。时间t=0,改变圆柱支柱3或圆柱形支柱9的径向与水平方向角度,则改变作简谐振动的初相。
李萨如图形教学演示仪,无论中介齿轮10是否作匀速圆周运动,李萨如图形不变。这是该演示仪的又一特征。
效果第一,具有新颖性。至申请日之前,在国内尚未公开使用过该类型的演示仪器。
第二,具有创造性。申请日以前“示波器”利用相互垂直作简谐振动的电流的振动,可以演示李萨如图形,但由于振动电流的频率过高,相互垂直简谐振动过程和合成李萨如图形的合成过程,肉眼根本无法观察清楚,直观性差,李萨如图形教学演示仪,用机械的相互垂直的简谐振动合成李萨如图形,人工可以控制振动频率的快慢。因此,肉眼可以直接观察清楚,相互垂直简揩振动的物理过程和李萨如图形合成的物理过程,非常直观,这是创造性之一。
该演示仪通过特殊的四层槽轨交叉描绘机构,可以使动画笔把李萨如图形合成过程画在一张自纸上,这是创造性之二。
第三,具有实用性。作为大学、专科学校、中等专业学校、普通高中等学校物理教学中的演示仪,还能作为大学(数学、物理)教学演学仪。改革课堂教学手段,提高课堂教学质量,学校多,需求也多,这是实用性之一。同时,在科学研究上,研究互成任意角度时,不同周期,不同初相,不同振幅简谐振动的合成图形,提供了解决问题的方法和途径,这是实用性之二。
四层槽轨交叉描绘机构,是一种具有新颖性、创造性和实用性的新的传动机构,在李萨职图形教学演示仪中,具有自动描绘功能。为其它方面设计类似自动描绘机构提供了一种新的设计思路和解决问题的途径。
以上就是“李萨各图形教学演示仪”的效果。
权利要求1.一种李萨如图形教学演示仪,由框架、振动梁、齿轮组和描绘机构顺序地机械构造连接,其特征是所述的框架呈“田”字形,并且在其上横梁(5)、下横梁(6)、左竖梁(16)、右竖梁(17)沿每一条梁的内侧的直向,都开了一条同等深度、相同长度、相同宽度、相互对称的直向槽轨(20)、(21)、(22)、(23);所述的振动梁,由相互交叉成“十”字形状的竖直振动梁(1)和水平振动梁(7)所组成,在竖直振动梁的上层设置有一条与其具有一定间距的补加梁(13),沿着竖直振动梁和它的补加梁的直向,各开了一个长度相等、宽度相等、方向相同,在同一平面的直向槽轨(4),竖直振动梁(1)通过其两端上设置的滑块,分别安装在“田”字形框架的上横梁(5)、下横梁(6)两条边梁内侧设置的直向槽轨(20)、(21)内,使其与上横梁,下横梁,实现滑动配合,在水平振动梁的上层设置有一条与其具有一定间距的补加梁,沿着水平振动梁和它的补加梁的直向,各开了一条长度相等,宽度相等,方向相同,在同平面的直向槽轨,水平振动梁(7)通过其两端上设置的滑块,分别安装在“田”字形框架的左竖梁(16),右竖梁(17)两条边梁内侧设置的直向槽轨(22)、(23)内,使其与左竖梁,右竖梁实现滑动配合,竖直振动梁(1)在水平振梁(7)和它的补加梁(14)之间,滑动配合,水平振动梁(7)的补加梁(14)在竖直振动梁(1)和它的补加梁(13)之间,滑动配合;所述的齿轮组,由转轴固定在中横梁(15)上的齿轮(2)、转轴固定在中竖梁(18)上的齿轮(8)、转轴固定在中横梁和中竖梁交接处上的中介齿轮(10)进行传动配合所组成;转轴固定在中横梁(15)上的齿轮(2)通过其边缘上设置的一个圆柱形支柱(3)装置在竖直振动梁的直向槽轨(4)之内,实现滑动配合,转轴固定在中竖梁(18)上的齿轮(8),通过其边缘上设置的一个圆柱形支柱(9)装置在水平振动梁的直向槽轨之内,实现滑动配合;所述描绘机构,动画笔杆插在中空圆柱体笔杆座(12)的中空之内,中空圆柱体笔杆座安装在竖直振动梁(1)和它的补加梁(13)的直向槽轨、水平振动梁(7)和它的补加梁(14)的直向槽轨交叉处,由四层槽轨所构成的方孔(11)之内,中空圆柱体笔杆座(12)与四层槽轨所构成的方孔(11)实行滑动配合。
专利摘要一种可控转速,作机械相互垂直简谐振动的,自动把图形描绘在纸上的李萨如图形教学演示仪。它是由齿轮(2)上的支柱(3)传动竖直振动梁(1)沿水平方向做筒谐振动。齿轮(8)上的支柱(9)传动水平振动梁(7)沿竖直方向作简谐振动,在其交点(11)处合成李萨如图形。振动梁(1)和它上层的补架梁与振动梁(7)和它上层的补加梁,沿其直向都有一条槽轨,四层槽轨交叉安装,交点(11)处,装置中空圆柱体笔杆座,构成四层槽轨交叉描绘机构,笔自动把图形描绘在纸上。
文档编号G09B23/10GK2313258SQ9720929
公开日1999年4月7日 申请日期1997年1月24日 优先权日1997年1月24日
发明者陈楚南, 陈华林 申请人:陈楚南, 陈华林
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