一种可交叉教学演示的物理教具及教学方法与流程

本发明属于物理教学领域，具体的说是一种可交叉教学演示的物理教具及教学方法。

背景技术：

物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙，小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科的研究基础。它的理论结构充分地运用数学作为自己的工作语言，以实验作为检验理论正确性的唯一标准，它是当今最精密的一门自然科学学科。物理学主要分为力学、热学、光学、电磁学等几大子邻域。特别是在贫困地区，教学力量较弱，导致在物理教学时人为地进行了分割，学生只能单一理解，从而反过来使教学效果受到制约，因此应当从交叉性教学出发，设计一批能够用于交叉教学演示地物理教具。

本发明据此提出一种可交叉教学演示的物理教具及教学方法，该物理教具利用浮力演示模块中排水时的冲击力，使得形变演示模块工作，实现了交叉式物理教学的效果，减少贫困地区的教学力量达不到要求导致学生只能单一理解的情况发生，增强学生的直观感受，增加学习兴趣。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提出了一种可交叉教学演示的物理教具及教学方法，其利用浮力演示模块中排水时的冲击力，使得形变演示模块工作，实现了交叉式物理教学的效果，减少贫困地区的教学力量达不到要求导致学生只能单一理解的情况发生，增强学生的直观感受，增加学习兴趣。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可交叉教学演示的物理教具，包括基台、放置板和控制器；所述控制器用于控制教具自动运行；所述放置板固定安装在基台上表面上；所述放置板一侧安装浮力演示模块和形变演示模块；所述浮力演示模块用于演示浮力变化，浮力演示模块包括透明材料制成的集球室、出球管、悬浮块、储水室和测量室；所述集球室固定安装在放置板上设置有的基台上，集球室内装有标准的量球；所述储水室放置在基台上表面上，储水室中部设有隔板，隔板将储水室分为第一腔室和第二腔室，隔板下方设置有通槽，隔板靠近集球室的一侧为第二腔室；所述第一腔室和第二腔室内均装有水，其中第二腔室内悬浮着悬浮块；所述悬浮块内设置有容纳腔；所述出球管用于连通集球室内部和容纳腔；所述集球室对应出球管的位置处设置有电动门；所述测量室位于储水室远离集球室的一侧，测量室通过出水管与第一腔室连通；所述形变演示模块位于出水管上方，形变模块能够利用出水管内的水流冲击进行形变演示。工作时，通过控制器控制集球室上的电动门间歇打开，从而间歇放出量球，使得量球从出球管滚出落入到悬浮块内的容纳腔内，直至悬浮块的整体重量大于储水室内水的浮力，将多余的水经出水管排出到测量室内，记录此时的量球个数以及测量室内水的体积，随后控制器再次间歇控制电动门打开，记录不同量球个数时测量室内的水的体积，由于上述部件均由透明材料制成，使得学生能够在演示时直观的感受到浮力的作用，并深刻理解阿基米德浮力定律；同时出水管内流出的水会冲击形变演示模块，使得形变演示模块工作，实现交叉式的物理教学；本技术方案利用浮力演示模块中排水时的冲击力，使得形变演示模块工作，实现了交叉式物理教学的效果，减少贫困地区的教学力量达不到要求导致学生只能单一理解的情况发生，增强学生的直观感受，增加学习兴趣。

优选的，所述形变演示模块包括激光灯、平面镜、直板和显示板；所述直板位于出水管上方，直板固定安装在放置板上；所述出水管通过软管与直板表面连接；所述平面镜平行设置在直板上方，且平面镜靠近直板的一侧为反射面；所述激光灯位于集球室和直板之间，且激光灯球接在放置板上；所述显示板位于直板另一侧，且显示板铰接在放置板上；通过提前利用控制器打开激光灯，随后调整好射出角度，利用光的折射使得光打在显示板上，当出水管内的水流在排出的过程中会导入到相连通的软管内，从而冲击相连的直板，直板受轻微冲击时，肉眼无法观测到直板发生了形变，但是直板局部形变，会使得光折射到该处时折射角度发生改变，从而使得显示板上的光点发生位移，其中显示板能够调节，利用光点的位移来展示直板的形变，进而使得学生能够直观感受直板在水流的冲击下产生形变。

优选的，所述形变演示模块还包括调节单元；所述调节单元能够对直板的有效长度进行调节，调节单元包括滑块、支架、连接弹簧、钢丝绳和叶轮；所述滑块设有两个，且两滑块均滑动安装在放置板上，滑块上均设置有安装槽，安装槽用于固定直板；所述滑块另一端可拆卸的安装在支架上；所述支架能够在基台表面随滑块同步移动；所述连接弹簧用于连接两滑块；所述叶轮转动安装在测量室的侧壁上，且叶轮正对着出水管的端部；所述钢丝绳对应滑块设置，且钢丝绳均一端连接在叶轮上、另一端与对应的滑块连接；出水管的水流流出时会正好对准下方的叶轮产生冲击，使得叶轮产生转动，水流间歇喷出会使得叶轮转动缠绕相连的钢丝绳，钢丝绳会间歇拉动两侧的滑块逐渐向直板中部移动，在滑块向中部逐渐移动的过程中会对直板进行支撑，从而改变直板受作用力的长度，根据弯距公式mmax＝1/4fl能够计算出随着l的逐渐缩短，其弯距会逐渐减小，即形变越小，在显示板上的直观感受是光点位移的距离逐渐缩小，能够理解长度与弯矩的关系，增强学生的理解和学习效果。

优选的，所述出水管的内径设置为两端较中部小，用于保持出水管中部的水量充足；通过设置出水管两端小中部大，使得水流在中部内水量充足，最大程度保证水流对直板的冲击量一定，使得对直板的推力大小变化小，能够使得显示板上的光点位移明显，提高教具的整体演示效果，从而进一步增强学生的学习效果。

优选的，所述集球室底壁倾斜设置；所述出球管弧形设置，用于降低量球滚动的速度；通过倾斜设置的集球室底壁能够使得电动门打开时，量球会顺利从门口滚出，出球管弧形设置能够减少量球对悬浮块的冲击，避免悬浮块受较大冲击撞击储水室导致损伤，提高了教具的使用寿命，同时减少悬浮块晃动影响水流的冲击力的可能性，进一步增强教具的演示效果，进一步提高学生的的学习效果。

优选的，所述出水管内壁上均设置有缓冲单元；所述缓冲单元用于对量球进行缓冲，缓冲单元包括弹性膜和缓冲弹簧；所述弹性膜均粘连在出球管内壁上，且弹性膜交错布置；所述弹性膜内部填充着至少一个缓冲弹簧；所述缓冲弹簧固连在出球管内壁上；利用缓冲单元交错设置能够增大量球与出球管内壁之间的摩擦力，从而减缓量球滚落到悬浮块内部，更进一步减少悬浮块晃动的可能性，提高教具的演示效果和学生的学习效果。

一种可交叉教学演示的物理教学方法，该方法步骤如下：

s1：向集球室内投放至少三个标准量球，保证所有量球的规格一致；

s2：利用控制器控制s1中集球室上的电动门间歇打开，实现间歇投放s2标准量球，量球间歇从出球管落下，并相应记录量球的个数；

s3：待s2中的量球落入到悬浮块上的容纳腔内，从而改变了悬浮块的整体重量，直至重力大于储水室内水的浮力，水会从出水管流出到测量室内；

s4：记录s3中测量室内水的体积，随后根据阿基米德定律算出悬浮块的体积，再根据体积求算出悬浮块的重量；

s5：同时利用s3中出水管的水流冲击力冲击直板，同时控制器打开激光灯，使得激光灯的光打在显示板上，从而利用光的折射展示出直板的形变；

s6：待s5中的形变演示完毕后，将教具整理，等待下次使用。

本发明的有益效果如下：

1.本发明利用浮力演示模块中排水时的冲击力，使得形变演示模块工作，实现了交叉式物理教学的效果，减少贫困地区的教学力量达不到要求导致学生只能单一理解的情况发生，增强学生的直观感受，增加学习兴趣。

2.本发明通过提前利用控制器打开激光灯，随后调整好射出角度，利用光的折射使得光打在显示板上，当出水管内的水流在排出的过程中会导入到相连通的软管内，从而冲击相连的直板，直板受轻微冲击时，肉眼无法观测到直板发生了形变，但是直板局部形变，会使得光折射到该处时折射角度发生改变，从而使得显示板上的光点发生位移，其中显示板能够调节，利用光点的位移来展示直板的形变，进而使得学生能够直观感受直板在水流的冲击下产生形变。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明的剖视图；

图3是图2中a处的局部放大图；

图4是图2中b处的局部放大图；

图中：基台1、放置板2、浮力演示模块3、集球室31、量球311、出球管32、悬浮块33、储水室34、第一腔室341、第二腔室342、测量室35、电动门36、出水管37、软管38、形变演示模块4、激光灯41、平面镜42、直板43、显示板44、调节单元45、滑块451、支架452、连接弹簧453、钢丝绳454、叶轮455、缓冲单元5、弹性膜51、缓冲弹簧52。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图4所示，本发明所述的一种可交叉教学演示的物理教具，包括基台1、放置板2和控制器；所述控制器用于控制教具自动运行；所述放置板2固定安装在基台1上表面上；所述放置板2一侧安装浮力演示模块3和形变演示模块4；所述浮力演示模块3用于演示浮力变化，浮力演示模块3包括透明材料制成的集球室31、出球管32、悬浮块33、储水室34和测量室35；所述集球室31固定安装在放置板2上设置有的基台1上，集球室31内装有标准的量球311；所述储水室34放置在基台1上表面上，储水室34中部设有隔板，隔板将储水室34分为第一腔室341和第二腔室342，隔板下方设置有通槽，隔板靠近集球室31的一侧为第二腔室342；所述第一腔室341和第二腔室342内均装有水，其中第二腔室342内悬浮着悬浮块33；所述悬浮块33内设置有容纳腔；所述出球管32用于连通集球室31内部和容纳腔；所述集球室31对应出球管32的位置处设置有电动门36；所述测量室35位于储水室34远离集球室31的一侧，测量室35通过出水管37与第一腔室341连通；所述形变演示模块4位于出水管37上方，形变模块能够利用出水管37内的水流冲击进行形变演示。工作时，通过控制器控制集球室31上的电动门36间歇打开，从而间歇放出量球311，使得量球311从出球管32滚出落入到悬浮块33内的容纳腔内，直至悬浮块33的整体重量大于储水室34内水的浮力，将多余的水经出水管37排出到测量室35内，记录此时的量球311个数以及测量室35内水的体积，随后控制器再次间歇控制电动门36打开，记录不同量球311个数时测量室35内的水的体积，由于上述部件均由透明材料制成，使得学生能够在演示时直观的感受到浮力的作用，并深刻理解阿基米德浮力定律；同时出水管37内流出的水会冲击形变演示模块4，使得形变演示模块4工作，实现交叉式的物理教学；本技术方案利用浮力演示模块3中排水时的冲击力，使得形变演示模块4工作，实现了交叉式物理教学的效果，减少贫困地区的教学力量达不到要求导致学生只能单一理解的情况发生，增强学生的直观感受，增加学习兴趣。

作为其中的一种实施方式，所述形变演示模块4包括激光灯41、平面镜42、直板43和显示板44；所述直板43位于出水管37上方，直板43固定安装在放置板2上；所述出水管37通过软管38与直板43表面连接；所述平面镜42平行设置在直板43上方，且平面镜42靠近直板43的一侧为反射面；所述激光灯41位于集球室31和直板43之间，且激光灯41球接在放置板2上；所述显示板44位于直板43另一侧，且显示板44铰接在放置板2上；通过提前利用控制器打开激光灯41，随后调整好射出角度，利用光的折射使得光打在显示板44上，当出水管37内的水流在排出的过程中会导入到相连通的软管38内，从而冲击相连的直板43，直板43受轻微冲击时，肉眼无法观测到直板43发生了形变，但是直板43局部形变，会使得光折射到该处时折射角度发生改变，从而使得显示板44上的光点发生位移，其中显示板44能够调节，利用光点的位移来展示直板43的形变，进而使得学生能够直观感受直板43在水流的冲击下产生形变。

作为其中的一种实施方式，所述形变演示模块4还包括调节单元45；所述调节单元45能够对直板43的有效长度进行调节，调节单元45包括滑块451、支架452、连接弹簧453、钢丝绳454和叶轮455；所述滑块451设有两个，且两滑块451均滑动安装在放置板2上，滑块451上均设置有安装槽，安装槽用于固定直板43；所述滑块451另一端可拆卸的安装在支架452上；所述支架452能够在基台1表面随滑块451同步移动；所述连接弹簧453用于连接两滑块451；所述叶轮455转动安装在测量室35的侧壁上，且叶轮455正对着出水管37的端部；所述钢丝绳454对应滑块451设置，且钢丝绳454均一端连接在叶轮455上、另一端与对应的滑块451连接；出水管37的水流流出时会正好对准下方的叶轮455产生冲击，使得叶轮455产生转动，水流间歇喷出会使得叶轮455转动缠绕相连的钢丝绳454，钢丝绳454会间歇拉动两侧的滑块451逐渐向直板43中部移动，在滑块451向中部逐渐移动的过程中会对直板43进行支撑，从而改变直板43受作用力的长度，根据弯距公式mmax＝1/4fl能够计算出随着l的逐渐缩短，其弯距会逐渐减小，即形变越小，在显示板44上的直观感受是光点位移的距离逐渐缩小，能够理解长度与弯矩的关系，增强学生的理解和学习效果。

作为其中的一种实施方式，所述出水管37的内径设置为两端较中部小，用于保持出水管37中部的水量充足；通过设置出水管37两端小中部大，使得水流在中部内水量充足，最大程度保证水流对直板43的冲击量一定，使得对直板43的推力大小变化小，能够使得显示板44上的光点位移明显，提高教具的整体演示效果，从而进一步增强学生的学习效果。

作为其中的一种实施方式，所述集球室31底壁倾斜设置；所述出球管32弧形设置，用于降低量球311滚动的速度；通过倾斜设置的集球室31底壁能够使得电动门36打开时，量球311会顺利从门口滚出，出球管32弧形设置能够减少量球311对悬浮块33的冲击，避免悬浮块33受较大冲击撞击储水室34导致损伤，提高了教具的使用寿命，同时减少悬浮块33晃动影响水流的冲击力的可能性，进一步增强教具的演示效果，进一步提高学生的的学习效果。

作为其中的一种实施方式，所述出水管37内壁上均设置有缓冲单元5；所述缓冲单元5用于对量球311进行缓冲，缓冲单元5包括弹性膜51和缓冲弹簧52；所述弹性膜51均粘连在出球管32内壁上，且弹性膜51交错布置；所述弹性膜51内部填充着至少一个缓冲弹簧52；所述缓冲弹簧52固连在出球管32内壁上；利用缓冲单元5交错设置能够增大量球311与出球管32内壁之间的摩擦力，从而减缓量球311滚落到悬浮块33内部，更进一步减少悬浮块33晃动的可能性，提高教具的演示效果和学生的学习效果。

一种可交叉教学演示的物理教学方法，该方法步骤如下：

s1：向集球室内投放至少三个标准量球，保证所有量球的规格一致；

s2：利用控制器控制s1中集球室上的电动门间歇打开，实现间歇投放s2标准量球，量球间歇从出球管落下，并相应记录量球的个数；

s3：待s2中的量球落入到悬浮块上的容纳腔内，从而改变了悬浮块的整体重量，直至重力大于储水室内水的浮力，水会从出水管流出到测量室内；

s4：记录s3中测量室内水的体积，随后根据阿基米德定律算出悬浮块的体积，再根据体积求算出悬浮块的重量；

s5：同时利用s3中出水管的水流冲击力冲击直板，同时控制器打开激光灯，使得激光灯的光打在显示板上，从而利用光的折射展示出直板的形变；

s6：待s5中的形变演示完毕后，将教具整理，等待下次使用。

工作时，通过控制器控制集球室31上的电动门36间歇打开，从而间歇放出量球311，使得量球311从出球管32滚出落入到悬浮块33内的容纳腔内，直至悬浮块33的整体重量大于储水室34内水的浮力，将多余的水经出水管37排出到测量室35内，记录此时的量球311个数以及测量室35内水的体积，随后控制器再次间歇控制电动门36打开，记录不同量球311个数时测量室35内的水的体积，由于上述部件均由透明材料制成，使得学生能够在演示时直观的感受到浮力的作用，并深刻理解阿基米德浮力定律；同时出水管37内流出的水会冲击形变演示模块4，使得形变演示模块4工作，实现交叉式的物理教学；本技术方案利用浮力演示模块3中排水时的冲击力，使得形变演示模块4工作，实现了交叉式物理教学的效果，减少贫困地区的教学力量达不到要求导致学生只能单一理解的情况发生，增强学生的直观感受，增加学习兴趣；同时通过提前利用控制器打开激光灯41，随后调整好射出角度，利用光的折射使得光打在显示板44上，当出水管37内的水流在排出的过程中会导入到相连通的软管38内，从而冲击相连的直板43，直板43受轻微冲击时，肉眼无法观测到直板43发生了形变，但是直板43局部形变，会使得光折射到该处时折射角度发生改变，从而使得显示板44上的光点发生位移，其中显示板44能够调节，利用光点的位移来展示直板43的形变，进而使得学生能够直观感受直板43在水流的冲击下产生形变。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。