CN102339542A - 一种系统机械能守恒装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种系统机械能守恒装置，适宜在力学教学中演示以辅助教学，包括轴承1、第一连接装置2、支撑杆3、第二连接装置4、一个以上的细的轻质硬杆5、重物6、磁体7，本发明的有益效果是：便于组合成多种连接方式、结构简单，对力学的教学，尤其是系统机械能守恒的教学有有益的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种课堂教学演示用具，具体的说，涉及的是一种用于力学的演示教具。
背景技术
力学教学中，常常涉及对细的轻质硬杆的受力分析、杆在竖直平面圆周运动、系统机械能守恒的知识，现有教具中，没有可供对杆受力分析、杆在竖直平面圆周运动、系统机械能守恒的教学用具，尤其是系统机械能守恒，学生理解的难度较大，现在力学教学，需要一种教具能解决上述问题。
发明内容
为了克服现有教学用具的欠缺，本发明提出一种系统机械能守恒装置，该教学用具结构简单，制作容易，操作方便，效果明显，可以帮助教师在对杆的受力分析、杆在竖直平面圆周运动、系统机械能守恒的教学中提高课堂教学效果，以促进学生对力学知识的理解。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种系统机械能守恒装置，包括轴承、第一连接装置、支撑杆、第二连接装置、细的轻质硬杆、重物、磁铁，其特征在于：支撑杆的一端和轴承的内圈固定连接，支撑杆的另一端和磁铁固定连接，第一连接装置和第二连接装置经连接后，形成固定连接，在轴承的外圈的外侧固定连接有两个以上的第一连接装置，杆是细的轻质硬杆，杆的一端和第二连接装置固定连接，第一连接装置和第二连接装置经连接后，形成固定连接，杆和重物的连接是固定连接，杆和重物的连接既可以是胶接，也可以是焊接，也可以是在杆的一端固定连接一个第一连接装置，且在重物上固定连接一个第二连接装置，从而利用第一连接装置和第二连接装置把杆和重物形成固定连接。重物上也可以有第一连接装置。支撑杆由轻质非磁性材料制成，例如由铝杆或者铝管或者塑料杆或者塑料管或者碳纤维杆或者碳纤维管制成。重物的形状是球形或者半球形。杆可以是铝杆，也可以是铝管或塑料杆或塑料管或碳纤维杆或碳纤维管。第一连接装置可以是螺杆，也可以是螺帽，也可以是在轴承或者重物攻出的内丝螺纹，第二连接装置可以是螺帽，也可以是在杆或者重物攻出的内丝螺纹，也可以是螺杆。使用两个以上的杆时，杆的长度可以不等，长度以5cm---50cm为宜。
轴承转动时的阻尼很小，在教学演示时，小阻尼接近无摩擦，所以，选用轴承作为转动装置。教学中的研究对象是杆和重物，为了减少学生对轴承的注意力，让学生把注意力集中到杆和重物，本发明所用的轴承直径不宜太大，以直径小于5cm为宜。轴承无法直接附着在黑板上，所以，利用磁铁使轴承附着在黑板上，轴承和黑板距离过近，会导致重物和黑板表面擦碰而影响演示实验的效果，所以，需要支撑杆来增大轴承和黑板的距离。轴承大都由磁性材料制造，比如由钢铁制成，轴承处在强磁场中时，轴承旋转的阻力加大，这会使实验的演示效果变的不好，所以，支撑杆不宜用磁性材料制成，而宜用非磁性材料，由此可见支撑杆的作用包括这两个：1、加大轴承和黑板的间距；2、增大磁铁和轴承的距离，使轴承远离磁铁。
教学中，更关注忽略粗细、忽略质量、忽略形变的杆，所以，杆采用细的轻质硬杆。
教学中，常常需要演示一个以上的杆和重物的运动情况，所以，本发明包括一个以上的杆和重物，当有两个以上的杆和重物时，杆长度可以不同，重物质量可以不同，优选方案是设置两根杆，一根长20cm，一根长40cm，优选方案是设置两个重物，重物质量在0.05kg-0.15kg为宜。教学演示中，重物的位置是学生关注的重点之一，尤其是观察重物的质心位置，为了方便确定重物的位置，重物的正视形状以球形为佳，因为球形的中心和边界的距离是不变的，当重物是半球形时，既让重物的正视图为球形，又有效避免重物和黑板擦碰，使实验更接近于无阻尼。
教学中，常常需要演示不同组合的杆和重物，所以，轴承上固定两个以上的第一连接装置，优选方案是固定三个第一连接装置，这三个第一连接装置成T形布置。重物固定连接第一连接装置和/或第二连接装置。这样的设计，方便教师进行多种组合，并且，这样的组合可以缩小包装体积，方便运输，依靠第一连接装置和第二连接装置连接轴承、杆、重物，可以使演示用具损坏的几率降低，原因是：过长的连接，很容易被别断。依靠第一连接装置和第二连接装置连接轴承、细的轻质硬杆、重物也利于损坏后更换部件，而不必更换整体。
本发明的有益效果是，结构简单、便于操作、现象明显。
附图说明
图1为本发明的正视结构示意图。
图2为本发明的侧视结构示意图。
图3为连接有两个第一连接装置的轴承正视示意图。
图4为连接有三个第一连接装置的轴承正视示意图。
图5为连接有四个第一连接装置的轴承正视示意图。
图6为连接有五个第一连接装置的轴承正视示意图。
图7为第一连接装置、第二连接装置的结构示意图。
图8为第一连接装置、第二连接装置的结构示意图。
图9为第一连接装置、第二连接装置的结构示意图。
图10为采用半球形重物的侧视示意图。
图11为两根杆和轴承连接的方式之一。
图12为两根杆和轴承连接的方式之一。
图13为两根杆和轴承连接的方式之一。
图14为三根杆和轴承连接的方式之一。
图15为重物和杆的连接方式之一示意图。
图16为重物固定连接一个第一连接装置的示意图。
图17为一种连接方式的示意图。
图18为一种连接方式的示意图。
图中1-轴承，2-第一连接装置，3-支撑杆，4-第二连接装置，5-杆，6-重物，7-磁铁，。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的设计和使用进一步说明。
参见附图1、附图2，把磁铁7吸附在铁质黑板表面，把一根杆5和轴承1利用第一连接装置2、第二连接装置4固定连接。这样的连接方式可以用来演示重物6或者杆5受力情况。教师可以用手拨动重物6，使杆5绕轴承1旋转，在这个运动过程中，分析重物6的受力情况。
参见附图1、附图2，在这种连接方式下，可以给重物6一个初速度，使重物6在竖直平面做圆周运动。这样的演示，便于学生理解在杆5的约束下物体做圆周运动的情况。
参见附图3，轴承1的外圈的外侧可以固定两个第一连接装置2，参见附图11，两根杆5利用第一连接装置2、第二连接装置4和轴承1连接，在这种连接情况下，教师可以用手将两个细的轻质硬杆5摆放成水平，由静止放手，从而演示系统机械能守恒的实验。
参见附图4，轴承1的外圈的外侧可以固定三个第一连接装置2。参见附图12，两根杆5利用第一连接装置2、第二连接装置4和轴承1连接，在这种连接情况下，教师可以用手将其中一根杆5摆放成水平，由静止放手，从而演示系统机械能守恒的实验。
参见附图5，轴承1的外圈的外侧可以固定四个第一连接装置2。教师可以把更多的杆5利用第一连接装置2、第二连接装置4连接在轴承1上，从而演示系统机械能守恒的实验。
参见附图6，轴承1的外圈的外侧可以固定任意角度的第一连接装置2，参见附图13，杆5利用第一连接装置2、第二连接装置4和轴承1连接，在这种连接情况下，教师可以用手将其中一根杆5摆放成水平，由静止放手，从而演示系统机械能守恒的实验。
优选方式如附图4所示：轴承1的外圈的外侧固定三个第一连接装置2，且成T字型分布。
参见附图7，轴承1和杆5凭借第一连接装置2和第二连接装置4连接。第一连接装置2是螺杆，第二连接装置4是螺帽。
第一连接装置2和第二连接装置4也可以是这样的：参见附图8，第一连接装置2是螺帽，第二连接装置4是螺杆。
第一连接装置2和第二连接装置4也可以是这样的：参见附图9，第一连接装置2是攻出的内丝螺纹，第二连接装置4是螺杆。
重物6和杆5可以是胶结，也可以是焊接，也可以是螺杆、螺帽连接，参见附图15，重物6上有第二连接装置4，这样的设计既可以使重物6和杆5连接到一起，也便于为杆5更换不同的重物6以适应不同的教学需求。
参见附图10，当重物6是半球形时，可以有效避免重物6和黑板擦碰，使实验更接近于无阻尼。
参见附图16，重物6上有第一连接装置2，这样的设计更够使一个重物6连接两根杆5，从而形成多种组合，例如：参见附图17，用固定有第一连接装置2的重物6连接两根杆5，演示实验的时候，参见附图18，把一根杆5利用第一连接装置2、第二连接装置4连接在轴承1上，教师将重物6摆放到某一位置后，由静止释放，可以演示系统的机械能守恒。
参见附图16，重物6可以固定连接第一连接装置2，参加附图15，重物6可以固定连接第二连接装置4，参加附图17，重物6可以既固定连接第一连接装置2又固定连接第二连接装置4。即：重物6固定连接第一连接装置2和/或第二连接装置4。
参见附图14，教师可以在轴承1上连接多根杆5，演示实验的时候，教师将任意一个重物6摆放到某一位置后，由静止释放，可以演示系统的机械能守恒。
本发明的有益效果是：便于组合成多种连接方式、结构简单，演示效果明显，对力学的教学，尤其是系统机械能守恒的教学有有益的效果。
Claims (7)
1.一种系统机械能守恒装置，包括轴承(1)、第一连接装置(2)、支撑杆(3)、第二连接装置(4)、细的轻质硬杆(5)、重物(6)、磁铁(7)，其特征在于：支撑杆(3)的一端和轴承(1)的内圈固定连接，支撑杆(3)的另一端和磁铁(7)固定连接，在轴承(1)的外圈的外侧固定连接有两个以上的第一连接装置(2)，第一连接装置(2)和第二连接装置(4)形成固定连接。
2.如权利要求1所述的一种系统机械能守恒装置，其特征是：所述支撑杆(3)由非磁性材料制成。
3.如权利要求1所述的一种系统机械能守恒装置，其特征是：细的轻质硬杆(5)的一端和第二连接装置(4)固定连接，另一端和重物(6)固定连接。
4.如权利要求1所述的一种系统机械能守恒装置，其特征是：所述细的轻质硬杆(5)有一个以上。
5.如权利要求1所述的一种系统机械能守恒装置，其特征是：所述重物(6)为球形
6.如权利要求1所述的一种系统机械能守恒装置，其特征是：所述重物(6)为半球形。
7.如权利要求1所述的一种系统机械能守恒装置，其特征是：所述重物(6)固定连接第一连接装置(2)和/或第二连接装置(4)。
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