CN106409076B - 运动合成与分解的演示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种运动合成与分解的演示装置。该运动合成与分解的演示装置包括吸附板(7)、定磁钉(1)、动磁钉(2)、第一系线(31)、第二系线(41)、第三系线(51)，第一系线(31)、第二系线(41)、第三系线(51)的长度相等，吸附板(7)供定磁钉(1)和动磁钉(2)吸附；第一系线(31)的端部、第二系线(41)的端部系在动磁钉(2)上，第三系线(51)的端部系在定磁钉(1)上，第一系线(31)架在定磁钉(1)上，第二系线(41)直接下垂在动磁钉(2)的正下方，第三系线(51)架在动磁钉(2)上。本发明能同时显示出物体的合运动和它的两个分运动，而且能演示任意角度的两个分运动的合成。

Description

运动合成与分解的演示装置
技术领域
本发明属于教学用具技术领域，特别涉及一种运动合成与分解的演示装置。
背景技术
“运动的合成与分解”是中学教学中一个必不可少的重要方法。学生在认识运动的合成和分解有关规律的过程中，往往概念模糊、空间想象力缺乏，因此学生在解决运动的合成与分解的实际问题的过程中遇到了较多的困难，是学生在学习过程中的一个难点。在学习“运动的合成与分解”，教材是通过轮船渡河的例子来说明合运动与分运动的关系，并且一些已有的装置都存在一定的缺陷。例如，红蜡块在玻璃管中的上浮，演示中红蜡块的合运动瞬间即消失，存在观察上的困难；另外，在演示时，实验的进程不能随意暂停，存在一定的局限性。2013年10月25日公开的申请号为201320662464.X的实用新型公开了一种运动合成分解演示装置，其包括底座和竖直设置在底座上的画板，所述画板的顶部连接有小车机构，小车机构连接有x向传动装置和y向传动装置，所述画板前侧设有画笔机构。其虽然能演示一个合运动的路径，但不能同时显示出各个分运动，并且不能演示任意角度的两个分运动的合成，而且结构复杂，体积大，不便于携带。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种运动合成与分解的演示装置，能同时显示出物体的合运动和它的两个分运动，而且能演示任意角度的两个分运动的合成。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种运动合成与分解的演示装置，包括吸附板、定磁钉、动磁钉、系有第一球体的第一系线、系有第二球体的第二系线、系有第三球体的第三系线，第一系线、第二系线、第三系线的长度相等，吸附板供定磁钉和动磁钉吸附；第一系线的端部、第二系线的端部系在动磁钉上，第三系线的端部系在定磁钉上，第一系线架在定磁钉上，第二系线直接下垂在动磁钉的正下方，第三系线架在动磁钉上。移动动磁钉使得第一球体、第二球体、第三球体运动，记录各个球体始末位置，可以演示运动合成的平行四边形法则。
吸附板垂直放置，定磁钉是吸附在吸附板上不动的，动磁钉可以在吸附板上做任意方向上的移动。
第一球体和第二球体颜色相同，第三球体颜色不同，不同颜色的设计可以让学生很好地区分分运动和合运动。
第一系线、第二系线、第三系线均可部分缠绕在定磁钉或动磁钉上，如此可以改变第一系线、第二系线、第三系线演示时的长度，可获得更多变化的情况，增加演示效果。但是，改变第一系线、第二系线、第三系线演示时的长度时，第一系线、第二系线、第三系线的长度要保持相等。
本装置利用了三个球体运动的独立性、等效性和等时性，将分运动和合运动同时表现出来，进而探究分运动和合运动的矢量性，把抽象的概念直观化。
原理如下：
先记录下第一球体、第二球体、第三球体的初始位置。动磁钉在任意方向上做一定距离的移动，再记录下第一球体、第二球体、第三球体的终止位置。连接各个球体的始末位置，得到各个球体的位移，若位移不是始于同一点，就平移各个位移，使其始于同一起点。其中第一球体、第二球体为第三球体的分运动，第三球体为合运动，靠各个球体的位移可得到运动合成的平行四边形。如此可以验证任意方向上的合运动与其分运动满足矢量叠加的平行四边形法则。
具体演示个例如下：
以动磁钉在向右水平移动，且各个球体初始位置相同为例。
经过相同的时间，第一球体与第三球体沿竖直方向向上的位移相同，第二球体与第三球体沿水平方向向右的位移相同。因此，第三球体沿斜向上方向的运动，可看作同时参与了两种运动，即竖直方向向上的直线运动和水平方向向右的直线运动。
这样，我们就把第一球体沿竖直方向向上的运动和第二球体沿水平方向向右的运动，叫做第三球体沿斜向上方向运动的分运动；把第三球体沿斜向上方向的运动叫做第一球体和第二球体的合运动。即两个分运动可以看作是合运动分解的结果，合运动可以看作是两个分运动合成的结果。动磁钉向右水平移动时，第一球体、第二球体的运动路径竖直和水平，第三球体的运动路径倾斜，用以验证任意方向的运动可以分解为水平与竖直方向上的两个分运动；水平与竖直方向上的两个运动能合成为一个方向上的合运动。如此理解后，便可向学生进一步讲解运动的合成和分解的知识。
作为改进，所述吸附板上设置有网格。网格的设置便于作图，而且增加观看的效果。
作为改进，所述定磁钉和动磁钉上均设置有系线槽、滑移槽，第一系线、第二系线系于动磁钉的系线槽内，第三系线系于定磁钉的系线槽内，第一系线架在定磁钉的滑移槽内，第三系线架在动磁钉的滑移槽内。两种不同的槽的设计，使得动磁钉运动时，各个系线能很好地在滑移槽内滑移，流畅地体现各个球体的运动。
作为改进，所述第一球体、第二球体、第三球体上均设置有通孔。便于各个系线系在各个球体上。
作为进一步改进，所述定磁钉上系线槽和滑移槽的位置与动磁钉上系线槽和滑移槽的位置相反。如此是为了避免演示过程中各个系线的交叉，保证整个演示过程能顺利地进行。
本演示装置有以下优点：
1、能在显示物体的合运动的同时把它的两个分运动也能够同时显示出来，且能较随意控制演示的进行。
2、解决了以往不能演示任意角度的两个分运动的合成的缺点，本演示装置不仅能够演示互相垂直的两个分运动的合成，而且还能够演示出任意角度的两个分运动的合成。
3、能够通过直观的演示，一个磁钉的牵引而引起三个球体的同时运动，帮助学生建立矢量合成和分解的正确概念，掌握等效替代的物理思想和方法，使学生在实验演示的基础上，从感性认识上升到理性认识，从而能在具体的问题中作出正确的分析和判断。并且用本演示装置演示讲解运动的合成和分解能引起学生极大的兴趣，学生对相关知识和规律的接收会更加高效，记忆深刻，教学效果好。
4、结构简单、体积小、设计巧妙、直观性强、易于操作、便于携带以及储存等优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的动磁钉向右水平移动且各个球体初始位置相同时的演示示意图；
图3为本发明的定磁钉的结构示意图；
图4为本发明的动磁钉的结构示意图。
图中：1-定磁钉；2-动磁钉；3-第一球体；31-第一系线；4-第二球体；41-第二系线；5-第三球体；51-第三系线；61-系线槽；62-滑移槽；7-吸附板。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，一种运动合成与分解的演示装置，包括吸附板7、定磁钉1、动磁钉2、系有第一球体3的第一系线31、系有第二球体4的第二系线41、系有第三球体5的第三系线51，第一系线31、第二系线41、第三系线51的长度相等，吸附板7供定磁钉1和动磁钉2吸附；第一系线31的端部、第二系线41的端部系在动磁钉2上，第三系线51的端部系在定磁钉1上，第一系线31架在定磁钉1上，第一系线31绕过定磁钉1后在第一球体3的作用下竖直下垂，第二系线41直接下垂在动磁钉2的正下方，第三系线51架在动磁钉2上，第三系线51绕过动磁钉2后在第三球体5的作用下竖直下垂。移动动磁钉2使得第一球体3、第二球体4、第三球体5运动，记录各个球体始末位置，可以演示运动合成的平行四边形法则。
原理如下：
先记录下第一球体3、第二球体4、第三球体4的初始位置。动磁钉2在任意方向上做一定距离的移动，再记录下第一球体3、第二球体4、第三球体5的终止位置。连接各个球体的始末位置，得到各个球体的位移，若位移不是始于同一点，就平移各个位移，使其始于同一起点。其中第一球体3、第二球体4为第三球体5的分运动，第三球体5为合运动，靠各个球体的位移可得到运动合成的平行四边形。如此可以验证任意方向上的合运动与其分运动满足矢量叠加的平行四边形法则。
具体演示个例如下：
以动磁钉2在向右水平移动，且各个球体初始位置相同为例。
经过相同的时间，第一球体3与第三球体5沿竖直方向向上的位移相同，第二球体4与第三球体5沿水平方向向右的位移相同。因此，第三球体5沿斜向上方向的运动，可看作同时参与了两种运动，即竖直方向向上的直线运动和水平方向向右的直线运动。
这样，我们就把第一球体3沿竖直方向向上的运动和第二球体4沿水平方向向右的运动，叫做第三球体5沿斜向上方向运动的分运动；把第三球体5沿斜向上方向的运动叫做第一球体3和第二球体4的合运动。即两个分运动可以看作是合运动分解的结果，合运动可以看作是两个分运动合成的结果。动磁钉2向右水平移动时，第一球体3、第二球体4的运动路径竖直和水平，第三球体5的运动路径倾斜，用以验证任意方向的运动可以分解为水平与竖直方向上的两个分运动；水平与竖直方向上的两个运动能合成为一个方向上的合运动。
第一球体3、第二球体4、第三球体5上均设置有通孔。
吸附板7上设置有网格。
如图3、图4所示，定磁钉1和动磁钉2上均设置有系线槽61、滑移槽62，定磁钉1上系线槽61和滑移槽62的位置与动磁钉2上系线槽61和滑移槽62的位置相反。
第一系线31、第二系线41系于动磁钉2的系线槽61内，第三系线51系于定磁钉1的系线槽61内，第一系线31架在定磁钉1的滑移槽62内，第三系线51架在动磁钉2的滑移槽62内。

Claims (3)

1.一种运动合成与分解的演示装置，其特征在于：包括吸附板（7）、定磁钉（1）、动磁钉（2）、系有第一球体（3）的第一系线（31）、系有第二球体（4）的第二系线（41）、系有第三球体（5）的第三系线（51），第一系线（31）、第二系线（41）、第三系线（51）的长度相等，吸附板（7）供定磁钉（1）和动磁钉（2）吸附；第一系线（31）的端部、第二系线（41）的端部系在动磁钉（2）上，第三系线（51）的端部系在定磁钉（1）上，第一系线（31）架在定磁钉（1）上，第二系线（41）直接下垂在动磁钉（2）的正下方，第三系线（51）架在动磁钉（2）上；所述吸附板（7）上设置有网格；所述定磁钉（1）和动磁钉（2）上均设置有系线槽（61）、滑移槽（62），第一系线（31）、第二系线（41）系于动磁钉（2）的系线槽（61）内，第三系线（51）系于定磁钉（1）的系线槽（61）内，第一系线（31）架在定磁钉（1）的滑移槽（62）内，第三系线（51）架在动磁钉（2）的滑移槽（62）内。
2.如权利要求1所述的运动合成与分解的演示装置，其特征在于：所述第一球体（3）、第二球体（4）、第三球体（5）上均设置有通孔。
3.如权利要求1所述的运动合成与分解的演示装置，其特征在于：所述定磁钉（1）上系线槽（61）和滑移槽（62）的位置与动磁钉（2）上系线槽（61）和滑移槽（62）的位置相反。
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Assignee: Huzhou Gaoyuan Gold Technology Co.,Ltd.

Assignor: HUZHOU TEACHERS College

Contract record no.: X2022330000774

Denomination of invention: Demonstrating device for motion synthesis and decomposition

Granted publication date: 20220429

License type: Common License

Record date: 20221214

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