一种矢量计算尺组的制作方法

本发明涉及一种物理教学仪器，特别是涉及一种矢量计算尺组。

背景技术：

矢量运算是贯穿高中物理的重要知识，它包括位移、速度和力等物理量的计算。目前，在中学物理课上讲解矢量运算时，只能在黑板上画出抽象的矢量图，利用数学公式进行运算求出结果。有的学校采用力的平衡演示器来演示，也只能做与力有关的标量运算，还不能直观地读出各力之间的夹角，通常只能用特定的角度才能求出准确的数值，如30°、45°、60°等，且只能在黑板上画出大致的图形，无法直接读出角度、长度的数据；角度计算过程繁杂，不够直观。

技术实现要素：

为了克服以上的不足，快速并准确地测出矢量大小及方向，本发明提供一种矢量计算尺组，涉及一种物理教学仪器。按照本发明所提供的设计方案，可以根据实际需要规定单位长度所代表的矢量大小，进行矢量运算时可自由添加矢量数量，且可在一定量程内改变其大小和方向，矢量表示的直观性与自由性提高，通过简单的矢量添加和角度调整就能快速准确地计算出结果，不但可以进行力的合成测量演示，而且可以做速度、位移等矢量的合成运算，同时该仪器也可以作为直尺去测量长度，更有利于探究式教学的开展。本发明解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。

1.该计算尺组主要由主尺和副尺组成，其中每把副尺又由尺尾、圆心、尺身、细钢丝、短螺钉、滑块、空槽和尺头组成，其中尺尾是一透明圆盘，在尺尾上以细钢丝的方向为零刻线，刻有上下对称的0°～180°的角刻度，在尺尾的圆心处有一刚好能套上短螺钉的套圈，尺身中间有一空槽，空槽左端为与尺尾相贴合的弧形，空槽中间是两端分别固定在尺头和尺尾的细钢丝，细钢丝上有一可自由滑动的滑块，滑块的中心处有箭头指向刻度。短螺钉固定在滑块的几何中心处，和滑块一起能沿细钢丝滑动，用于固定其他副尺，以尺尾的圆心处为零刻度，在尺身的下侧边沿和靠近空槽的上侧边沿刻有0～20cm的长度刻度。

2.所述的主尺的尺片结构与副尺的结构完全相同，也有尺尾、圆心、尺身、细钢丝、短螺钉、滑块、空槽和尺头，并且还有一软尺盒与主尺的尺尾铰接在角刻度盘的圆心处，该软尺盒又由摇柄、尺架、尺带、套圈和拉环组成，其中尺带和拉环的连接处有一刚好能套上短螺钉的套圈，套圈的圆心就是尺带的零刻线位置，在尺带上有0～100cm的长度刻度，该软尺盒中的尺架半径为2cm，尺架在尺带的带动下可沿圆心处的铰接轴旋转，尺带刚好可沿尺尾角刻度圆盘的半径方向拉出。

本发明的有益效果是：可以根据实际需要规定单位长度所代表的矢量大小，表示任一矢量；可以计算任意角度的矢量合成；不需要繁琐的计算就能够直观地用计算尺组读出矢量之间的夹角和计算出合矢量的大小，可运算多个矢量；同时该仪器也可以作为直尺去测量长度。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明，其中图1是本发明的副尺结构示意图，图2是本发明的主尺结构示意图，图3是本发明的两个力的合成测量示意图，图4是本发明的两个位移的合成测量示意图，图5是本发明的三个矢量的合成测量示意图。

具体实施例

本发明提供了一种矢量计算尺组，包括主尺和副尺，能用新的实验方案和传统的实验方法有机结合，快速并准确地测出矢量的大小和方向。整个实验过程中只要根据需要调整滑块位置，并将其用尺带相连，无需繁琐的计算就可直观的读出矢量的大小和方向。

本发明的副尺结构示意图如图1所示，包括尺尾（1）、圆心（2）、尺身（3）、细钢丝（4）、短螺钉（5）、滑块（6）、空槽（7）和尺头（8）。其中尺尾（1）是一透明圆盘，在尺尾（1）上以细钢丝（4）的方向为零刻线，刻有上下对称的0°～180°的角刻度，在尺尾（1）的圆心（2）处有一刚好能套上短螺钉（5）的套圈，尺身（3）中间有一空槽（7），空槽（7）左端为与尺尾（1）相贴合的弧形，空槽（7）中间是两端分别固定在尺头（8）和尺尾（1）的细钢丝（4），细钢丝（4）上有一可自由滑动的滑块（6），滑块（6）的中心处有箭头指向刻度。短螺钉（5）固定在滑块（6）的几何中心处，和滑块（6）一起能沿细钢丝（4）滑动，用于固定其他副尺，以尺尾（1）的圆心处为零刻度，在尺身（3）的下侧边沿和靠近空槽（7）的上侧边沿刻有0～20cm的长度刻度。

所述的主尺的尺片结构与副尺的结构完全相同，如图2所示，也包括尺尾（1）、圆心（2）、尺身（3）、细钢丝（4）、短螺钉（5）、滑块（6）、空槽（7）和尺头（8），只是还有一软尺盒与主尺的尺尾（1）铰接在角刻度盘的圆心（2）处，该软尺盒又由摇柄（9）、尺架（10）、尺带（11）、套圈（12）和拉环（13）组成，其中尺带（11）和拉环（13）的连接处有一刚好能套上短螺钉的套圈（12），套圈（12）的圆心就是尺带（11）的零刻线位置，在尺带（11）上有0～100cm的长度刻度，该软尺盒中的尺架（10）半径为2cm，尺架（10）在尺带（11）的带动下可沿圆心（2）处的铰接轴旋转，尺带（11）刚好可沿尺尾（1）角刻度圆盘的半径方向拉出。

在本实施例中，如图3所示，为两个力的合成测量示意图，首先，根据所给的条件确定单位长度所代表的力的大小（本实施例中每厘米代表5n的力），将主尺上的滑块（6）移动到对应的位置（本实施例中为12cm处代表60n）表示第一分力，然后将副尺1上的滑块（6）移动到对应的位置（本实施例中为16cm处代表80n）表示第二分力，将副尺1的尺尾（1）的圆心（2）的套圈套在主尺的短螺钉（5）上，调整好角度为两分力夹角，用螺帽固定（如果有多个矢量，按照相同的方法固定即可）；最后，拉动主尺的拉环（13），将其套圈（12）套在副尺1的短螺钉（5）上，尺带（11）与主尺尺尾（1）角刻度圆盘的零刻线的夹角就是所求合力的方向（本实施例中约为53度），尺带（11）的长度和尺架半径之和就是所求合力的代表长度，乘上单位长度所代表的力的大小就是合力的大小（本实施例中为18cm处，加上尺架的半径2cm，则代表合力为100n），测量完毕取下套圈（12），转动摇柄（9）就可把尺带（11）收回。

如图4所示，为两个位移的合成测量示意图，根据所给的条件确定每厘米代表20m的位移，按前面所说明的接法将一把主尺和一把副尺依次接在一起，拉动主尺的拉环（13），将其套圈（12）套在副尺1的短螺钉（5）上，尺带（11）与主尺尺尾（1）角刻度圆盘的零刻线的夹角就是所求合位移的方向（本实施例中为60度），尺带（11）的长度和尺架半径之和就是所求合位移的代表长度，乘上单位长度所代表的位移大小就是合位移的大小（本实施例中为15cm处代表300m）。

如图5所示，为三个矢量合成测量示意图，按前面所说明的接法将一把主尺和两把副尺依次接在一起，拉动主尺的拉环（13），将其套圈（12）套在副尺2的短螺钉（5）上，尺带（11）与主尺尺尾（1）角刻度圆盘的零刻线的夹角就是所求合矢量的方向（本实施例中约为56度），尺带（11）的长度和尺架半径之和就是所求矢量的代表长度，乘上单位长度所代表的矢量的大小就是合矢量的大小。

因中学阶段教学中最多用到四个矢量的合成运算，所以本实施例的矢量尺组由一把主尺和三把副尺组成。