一种验证重力方向的演示仪器的制作方法

1.本发明涉及物理学科教学仪器，具体涉及一种验证重力方向的演示仪器。


背景技术：

2.在高中物理鲁科版必修1第四章第1节重力和重心的课程中，只用简单的一句话表明重力的方向：悬挂物体的绳子静止时总是竖直下垂，从高处静止开始落向地面的物体总是竖直下落，这表明重力的方向是竖直向下的。对于重力方向仅仅依赖于老师口头描述，没有一套合适的器材验证重力方向，由于物理学比较难理解，教师通过单纯的口头讲解很难让同学分辨重力方向是竖直向下还是垂直向下。
3.针对上述问题，申请号为201520765988.0的中国实用新型专利公开了一种重力方向的验证与应用的演示器，底座上设有支撑板，支撑板通过合页与底座的一端连接，支撑板上设有支架和水箱，支架上设有水平标尺，水平标尺垂直方向设有竖直标尺和指针，指针下端通过棉线吊有金属球，金属球位于水箱内水面之上。将支撑面缓缓抬起合适的角度，拉动支撑框将支撑板支起，此时金属球与水槽内水面垂直，但与标尺成一定夹角，从而验证重力方向是竖直向下的。然而该方案很难去确定金属球与水槽内水面垂直，且将支撑面倾斜时操作不方便。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：提供一种验证重力方向的演示仪器，通过在盒体与倾斜板之间设置升降机构营造任意的倾斜面来直观、快速、准确的验证的重力方向。
5.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种验证重力方向的演示仪器，包括盒体和位于所述盒体上的倾斜板，所述倾斜板的一端与所述盒体通过合页铰接，所述倾斜板上设有支撑架和水箱，所述支撑架的顶部通过绳子吊设有金属球，所述金属球沉入所述水箱的水中；所述盒体与所述倾斜板之间设有升降机构；所述升降机构包括形状均为条状的第一连接件、第二连接件和第三连接件，所述第一连接件的一端与所述倾斜板的下表面连接，所述第一连接件的另一端与所述第二连接件转动连接，所述第二连接件远离与第一连接件连接处的一端与所述盒体连接；所述第一连接件和第二连接件之间设有所述第三连接件，所述第三连接件的上端与所述第一连接件转动连接，所述第三连接件的下部转动连接有滑动件，所述滑动件的下端设有滑块，所述第二连接件上设有横向的滑槽，所述滑块与所述滑槽相配合；所述第二连接件的上表面设有齿条，所述滑动件的侧面转动连接有齿轮，所述齿轮与所述齿条相互啮合。
6.本发明的有益效果在于：本发明在盒体与倾斜板之间设置升降机构，通过移动滑动件，从而改变第一连接件和第二连接件的张开角度，进而改变倾斜板的倾斜角度，齿条和齿轮的相互啮合使定位更加准确，同时使第三连接件支撑倾斜板更加稳固，相比于现有技
术，本发明可以方便快捷的任意调节倾斜板的倾斜角度，通过多次改变倾斜板的倾斜角度来验证重力的方向，实验的快捷性和准确性更高。
附图说明
7.图1为本发明具体实施方式的验证重力方向的演示仪器的结构示意图；图2为本发明具体实施方式的验证重力方向的演示仪器的倾斜板抬起的结构示意图；图3为为本发明具体实施方式的图2的a部分的放大示意图；标号说明：1、盒体；2、倾斜板；3、支撑架；4、水箱；41、浮标；42、定向杆；43、直角板；5、绳子；6、金属球；7、第一连接件；8、第二连接件；81、滑槽；82、齿条；9、第三连接件；10、滑动件；101、齿轮；11、电机；12、滑轨。
具体实施方式
8.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
9.本发明最关键的构思在于: 在盒体与倾斜板之间设置升降机构，通过移动滑动件，从而改变第一连接件和第二连接件的张开角度，进而改变倾斜板的倾斜角度，齿条和齿轮的相互啮合使定位更加准确，整体结构更加稳固。
10.请参照图1、图2和图3，一种验证重力方向的演示仪器，包括盒体1和位于所述盒体1上的倾斜板2，所述倾斜板2的一端与所述盒体1通过合页铰接，所述倾斜板2上设有支撑架3和水箱4，所述支撑架3的顶部通过绳子5吊设有金属球6，所述金属球6沉入所述水箱4的水中；所述盒体1与所述倾斜板2之间设有升降机构；所述升降机构包括形状均为条状的第一连接件7、第二连接件8和第三连接件9，所述第一连接件7的一端与所述倾斜板2的下表面连接，所述第一连接件7的另一端与所述第二连接件8转动连接，所述第二连接件8远离与第一连接件7连接处的一端与所述盒体1连接；所述第一连接件7和第二连接件8之间设有所述第三连接件9，所述第三连接件9的上端与所述第一连接件7转动连接，所述第三连接件9的下部转动连接有滑动件10，所述滑动件10的下端设有滑块，所述第二连接件8上设有横向的滑槽81，所述滑块与所述滑槽81相配合；所述第二连接件8的上表面设有齿条82，所述滑动件10的侧面转动连接有齿轮101，所述齿轮101与所述齿条82相互啮合。
11.本发明的工作过程为：将演示仪器放在水平桌面上，水箱4由透明材质制成，水箱4中大约装有三分之二体积的水，不管水箱4怎么放置的，液面一定是水平的，金属球6沉入水中，重力的方向与绳子5共线，证明重力的方向与水平面垂直可以改为证明绳子5与水平面垂直即可。
12.移动滑动件10，第三连接件9随之滑动，第一连接件7和第二连接件8之间的张开角度改变，进而倾斜板2慢慢抬升形成一个斜面，利用齿条82和齿轮101的啮合使定位更加准
确，同时倾斜板2更加稳固，放置在倾斜板2上的水箱4也将倾斜，此时金属球6与水面垂直，再次移动滑动件10，可多次改变倾斜板2的倾斜角进行验证重力方向。
13.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：本发明在盒体1与倾斜板2之间设置升降机构，通过移动滑动件10，从而改变第一连接件7和第二连接件8的张开角度，进而改变倾斜板2的倾斜角度，齿条82和齿轮101的相互啮合使定位更加准确，同时使第三连接件9支撑倾斜板2更加稳固，相比于现有技术，本发明可以方便快捷的任意调节倾斜板2的倾斜角度，通过多次改变倾斜板2的倾斜角度来验证重力的方向，实验的快捷性和准确性更高。
14.进一步的，所述水箱4内设有浮标41，所述浮标41的中部开设有通孔，所述金属球6穿过所述通孔，所述浮标41上设有定向杆42，所述定向杆42垂直穿过所述浮标41。
15.由上述描述可知，肉眼直接观察难以判断绳子5与水平面是否垂直，设置浮标41，其浮在水面上，与水面是平行的，即判断绳子5与浮标41是否垂直或绳子5与定向杆42是否平行，相比于现有技术更加直观，做实验之前，先保证绳子5和定向杆42平行，倾斜板2倾斜后观察绳子5与定向杆42是否平行。
16.进一步的，所述定向杆42的侧面设有直角板43，所述直角板43的一直角边与所述定向杆42连接，所述直角板43的另一边与所述浮标41连接。
17.由上述描述可知，利用直角板43保证定向杆42与浮标41垂直，保证实验的准确性。进一步的，所述定向杆42设有多根，多根所述定向杆42以浮标41的中心为圆心呈圆筒状排列。
18.进一步的，所述齿轮101上连接有电机11，所述电机11驱动所述齿轮101旋转。
19.由上述描述可知，利用齿轮101与齿条82相互啮合，电机11驱动齿轮101旋转向前转化成滑动件10向前或向后移动，进而改变第一连接件7和第二连接件8的张开角度，从而改变倾斜板2的倾斜角度，利用电机11代替人工推动滑动件10来改变倾斜板2的倾斜角度，以便于后续探究重力方向的实验快速进行。该种结构的设置倾斜板2依然能够盖在盒体1上。
20.进一步的，所述水箱4的形状为圆柱形，所述水箱4的底部设有滑轮，所述倾斜板2的表面横向设有滑轨12，所述滑轮与所述滑轨12相互配合。
21.由上述描述可知，滑轮具有自锁功能，当在进行实验时，滑轮锁住，水箱4不能移动，实验结束时，移动滑轮，进而移动水箱4将水箱4中的水倒掉。
22.进一步的，所述支撑架3上设有夹爪，所述夹爪用于夹住水箱4。
23.由上述描述可知，在实验时，用夹爪夹住水箱4，进一步提高水箱4的稳定性。
24.进一步的，所述支撑架3为可伸缩的套管结构，所述支撑架3的顶部设有挂钩。
25.由上述描述可知，调节支撑架3的高度，使金属球6始终沉入水中，绳子5挂在挂钩上，使摆锤更加稳定。
26.进一步的，所述盒体1的内部通过隔板分为多个储物室。
27.由上述描述可知，可以将做实验的相关物品储存在储物室内，携带演示仪器更加方便。
28.进一步的，所述盒体1的底部设有万向轮，所述万向轮设有两个，两个所述万向轮相互对称设置。
29.实施例1
一种验证重力方向的演示仪器，包括盒体1和位于所述盒体1上的倾斜板2，所述倾斜板2的一端与所述盒体1通过合页铰接，所述倾斜板2上设有支撑架3和水箱4，所述支撑架3的顶部通过绳子5吊设有金属球6，所述金属球6沉入所述水箱4的水中；所述盒体1与所述倾斜板2之间设有升降机构；所述升降机构包括形状均为条状的第一连接件7、第二连接件8和第三连接件9，所述第一连接件7的一端与所述倾斜板2的下表面连接，所述第一连接件7的另一端与所述第二连接件8转动连接，所述第二连接件8远离与第一连接件7连接处的一端与所述盒体1连接；所述第一连接件7和第二连接件8之间设有所述第三连接件9，所述第三连接件9的上端与所述第一连接件7转动连接，所述第三连接件9的下部转动连接有滑动件10，所述滑动件10的下端设有滑块，所述第二连接件8上设有横向的滑槽81，所述滑块与所述滑槽81相配合；所述第二连接件8的上表面设有齿条82，所述滑动件10的侧面转动连接有齿轮101，所述齿轮101与所述齿条82相互啮合。
30.所述水箱4内设有浮标41，所述浮标41的中部开设有通孔，所述金属球6穿过所述通孔，所述浮标41上设有定向杆42，所述定向杆42垂直穿过所述浮标41。所述定向杆42的侧面设有直角板43，所述直角板43的一直角边与所述定向杆42连接，所述直角板43的另一边与所述浮标41连接。所述定向杆42设有多根，多根所述定向杆42以浮标41的中心为圆心呈圆筒状排列。所述齿轮101上连接有电机11，所述电机11驱动所述齿轮101旋转。所述水箱4的形状为圆柱形，所述水箱4的底部设有滑轮，所述倾斜板2的表面横向设有滑轨12，所述滑轮与所述滑轨12相互配合。所述支撑架3上设有夹爪，所述夹爪用于夹住水箱4。所述支撑架3为可伸缩的套管结构，所述支撑架3的顶部设有挂钩。所述盒体1的内部通过隔板分为多个储物室。所述盒体1的底部设有万向轮，所述万向轮设有两个，两个所述万向轮相互对称设置。
31.综上所述，本发明提供的验证重力方向的演示仪器，在盒体与倾斜板之间设置升降机构，通过移动滑动件，从而改变第一连接件和第二连接件的张开角度，进而改变倾斜板的倾斜角度，齿条和齿轮的相互啮合使定位更加准确，同时使第三连接件支撑倾斜板更加稳固，相比于现有技术，本发明可以方便快捷的任意调节倾斜板的倾斜角度，通过多次改变倾斜板的倾斜角度来验证重力的方向，实验的快捷性和准确性更高。
32.肉眼直接观察难以判断绳子与水平面是否垂直，设置浮标，其浮在水面上，与水面是平行的，即判断绳子与浮标是否垂直或绳子与定向杆是否平行，相比于现有技术更加直观，做实验之前，先保证绳子和定向杆平行，倾斜板倾斜后观察绳子与定向杆是否平行。利用直角板保证定向杆与浮标垂直，保证实验的准确性。利用齿轮与齿条相互啮合，电机驱动齿轮旋转向前转化成滑动件向前或向后移动，进而改变第一连接件和第二连接件的张开角度，从而改变倾斜板的倾斜角度，利用电机代替人工推动滑动件来改变倾斜板的倾斜角度，以便于后续探究重力方向的实验快速进行。该种结构的设置倾斜板依然能够盖在盒体上。滑轮具有自锁功能，当在进行实验时，滑轮锁住，水箱不能移动，实验结束时，移动滑轮，进而移动水箱将水箱中的水倒掉。在实验时，用夹爪夹住水箱，进一步提高水箱的稳定性。调节支撑架的高度，使金属球始终沉入水中，绳子挂在挂钩上，使摆锤更加稳定。可以将做实
验的相关物品储存在储物室内，携带演示仪器更加方便。
33.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。