CN107665622A - 动能势能转化教具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动能势能转化教具，包括轨道和木车，轨道包括安装板，所述安装板包括平滑相连的水平段和坡面段，在安装板上固定有至少两根导轨，每一所述导轨均凸出安装板上表面布置，在每一导轨上均架设有木车，木车包括木块和安装在木块上的前后两组车轮，木块位于导轨上方，在木块底面与导轨顶面之间留有间距，车轮位于导轨的左右两边，并且车轮与安装板上表面接触。从而提供了一种动能势能转化教具，不仅结构简单、便于演示、便于学生更加直观地理解动能势能的转换；而且教学的参与度更高、趣味性更强，更加适于低龄学生的学习；同时还便于学生对木车进行自主设计和加工，有利于激发学生的想象力和创造力，有利于激发学生的科学探索精神。

Description

动能势能转化教具

技术领域

本发明属于教具技术领域，具体地讲，特别涉及一种动能势能转化教具。

背景技术

目前，动能势能教学主要在中学阶段开展，由于中学生本身具有一定的知识储备，因此利用传统动画演示的方式，即可帮助学生理解动能势能的转化。但是，随着教育质量越来越受到重视，各种物理教具、模型层出不穷，其中动能势能转化演示器也越来越多。申请号为CN93209481.3的实用新型专利即公开了一种“动能势能演示器”，采用组合可拆式结构，具有多个质量不同的质体、两个滑块和一个螺旋弹簧，不同质量的质体能从不同的高度下落而撞击滑块，从而演示物体的动能、重力势能和弹性势能与物体的状态(质量、速度、高度、形变量等量)之间的关系。申请号为CN201420259210.8的实用新型专利也公开了一种“动能势能转换演示仪”，通过设置轨道、弹簧、挡板、画笔和画板，使演示仪的结构简单、使用方便、趣味性强，可直观地演动能势能转换的规律，并可以直接由学生动手操作，帮助学生很好地掌握其中的科学知识，提高学生的学习兴趣。

随着社会竞争的愈加激烈，家长们在注重孩子综合素质培养的同时，也愈加注重学识的积累和动手能力的培养，知识的灌输也愈加低龄化。现有动能势能转化的演示仪，还是停留在演示基础上，并没有参与度更高、趣味性更强的教具，来提供低龄学生的教学。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种参与度更高、趣味性更强、结构简单的动能势能转化教具。

本发明的技术方案如下：一种动能势能转化教具，包括轨道和木车，所述轨道包括安装板，所述安装板包括平滑相连的水平段和坡面段，在所述安装板上固定有至少两根导轨，每一所述导轨均凸出安装板上表面布置，在每一所述导轨上均架设有木车，所述木车包括木块和安装在木块上的前后两组车轮，所述木块位于导轨上方，在木块底面与导轨顶面之间留有间距，所述车轮位于导轨的左右两边，并且车轮与安装板上表面接触。

本发明通过设置轨道和木车，从而提供了一种动能势能转化教具，不仅结构简单、便于演示、便于学生更加直观地理解动能势能的转换；而且，至少两条导轨的设置，可以引导学生通过多个木车比赛的方式来理解和学习，教学的参与度更高、趣味性更强，更加适于低龄学生的学习；并且，采用木车作为运动主体，不仅安全环保，而且便于学生对木车进行自主设计和加工，给予学生充分的空间和自主决定权，有利于激发学生的想象力和创造力，有利于激发学生的科学探索精神；再则，导轨与木车的配合，有效地避免了木车运行轨迹的偏移，确保每一木车的运行轨迹一致，避免运行轨迹的偏移影响动能势能的转换。

所述木块呈高30、宽45、长180的矩形块，位于木块前部的车轮的中心轴距离木块前端的距离30≤d1≤50，位于木块后部的车轮的中心轴距离木块后端的距离10≤d2≤25。矩形块的大小合适，适于学生手持，也能给予学生充分的设计空间。前后两组车轮的位置设计，尤其是靠前的车轮距离车头距离较大，使前轮距离木车的重心更近，有效地避免了木车在坡面段下行的过程中出现翻车。

在所述木块的底面开有与前后两组车轮对应的安装槽，所述安装槽深3mm、宽2mm；如果安装槽深度太深，则木车容易与赛道发生摩擦，影响车速；如果安装槽深度太浅，则钉轴的固定不充分，极容易发生钉轴脱落的情况，严重影响车辆参赛寿命。如果安装槽宽度太宽则钉轴无法紧固车轮，容易发生车轮掉落的情况；如果安装槽宽度太小，则钉轴插入难度增大，容易发生木车劈裂的情况。所述车轮直径为30mm，所述车轮通过钉轴安装在对应的安装槽处，所述导轨凸出安装板上表面10-15mm。导轨凸出安装板上表面的尺寸与车轮安装尺寸的配合，确保木车底面与导轨顶面之间的间距大于10mm，有效地避免木车与导轨接触，避免影响车速。

在所述木车底面固定有配重块，在所述配重块的底面与导轨顶面之间留有间距。设置配重块可以对木车的重量进行调整，便于进行不同质量木车动能势能转化的对比教学；当学生对木车进行自主设计、加工后，也便于利用配重块将各个木车的质量调整一致。所述配重块为厚2mm的铅块，配重块粘贴固定在木车底面。进一步地，所述配重块的重心与木车重心的连线与木车底面垂直，这有利于确保配重块对木车重力的高效干涉。

所述安装板由至少两段板体拼接而成，所述导轨也分段固定在各个安装板板体上，各段导轨的其中一端伸出对应的安装板板体、另一端比对应的安装板板体短，并且伸出对应安装板板体的导轨搭接在对接的安装板板体上。这样设置安装板，便于教具的收纳和转运。并且导轨的搭接有利于加强轨道的强度。

在所述轨道上端布置有发车装置，所述发车装置包括转轴和挡杆，所述转轴安装在轨道上端安装板的下侧，在所述转轴上固定有与导轨一一对应的挡杆，在所述轨道上开有与挡杆一一对应的条形孔，所述条形孔位于每一导轨上端的中部，当转轴转动挡杆向上翻转时，挡杆自条形孔伸出导轨顶面并与导轨顶面垂直，当转轴转动挡杆向下翻转时，挡杆自条形孔降下到位于安装板下方。发车装置的布置便于确保同时发车，使用更加方便。

在所述转轴上连接有驱动装置，在所述轨道终点安装有与导轨一一对应的红外计时器，所述驱动装置的开关与红外计时器关联，当驱动装置的开关开启时，所述挡杆降下，同时所述计时器开始计时，当木车经过终点时，对应红外计时器的红外线被遮蔽，该红外计时器停止计时。利用驱动装置开关与红外计时器关联来启动红外计时器，利用红外计时器的红外线遮蔽来停止红外计时器，使木车行驶时间的计量更加准确，便于获取不同木车的行驶时间，便于直观地学习动能势能的转化，使用更加方便。

在所述轨道的末端布置有减速坡，所述减速坡位于轨道终点之后。便于制动，避免木车冲出轨道。

有益效果：本发明通过设置轨道和木车，从而提供了一种动能势能转化教具，不仅结构简单、便于演示、便于学生更加直观地理解动能势能的转换；而且教学的参与度更高、趣味性更强，更加适于低龄学生的学习；同时还便于学生对木车进行自主设计和加工，给予学生充分的空间和自主决定权，有利于激发学生的想象力和创造力，有利于激发学生的科学探索精神。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图2的A-A剖视旋转图。

图4为木车的结构示意图。

图5为木块的结构示意图。

图6为挡杆的工作状态示意图。

附图标记：木块1、安装槽1a、车轮2、导轨3、安装板4、框架5、转轴6、挡杆7、减速坡8、条形孔9、红外计时器10。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例包括轨道和木车，所述轨道包括安装板4，本实施例优选所述安装板4长10米。所述安装板4包括平滑对接的水平段和坡面段，在所述安装板4上固定有至少两根导轨3，本实施例优选所述导轨3并排布置有四根。每一所述导轨3均凸出安装板4上表面布置，所述导轨3凸出安装板4上表面10-15mm，本实施例优选所述导轨3凸出安装板4上表面10mm。所述安装板4由至少两段板体拼接而成，所述导轨3也分段固定在各个安装板4板体上，各段导轨3的其中一端伸出对应的安装板4板体、另一端比对应的安装板4板体短，并且伸出对应安装板4板体的导轨3搭接在对接的安装板4板体上。所述安装板4的各个板体可以是木板、也可以是金属板，还可以是塑料板，不做限定。安装板4各个板体之间的拼接方式也不做限定，可以是木板端头设置对接结构直接连接，也可以是金属板端头卡接，本实施例优选在每一所述板体的底面均固定有框架5，相邻框架5之间通过螺栓紧固。

在每一所述导轨3上均架设有木车，所述木车包括木块1和安装在木块1上的前后两组车轮2。所述木块1位于导轨3上方，在木块1底面与导轨3顶面之间留有间距。所述车轮2位于导轨3的左右两边，并且车轮2与安装板4上板面接触。本实施例优选所述木块1呈高30、宽45、长180的矩形块。位于木块1前部的车轮2的中心轴距离木块1前端的距离30≤d1≤50，位于木块1后部的车轮2的中心轴距离木块1后端的距离10≤d2≤25。本实施例优选d1为45mm，d2为20mm。在所述木块1的底面开有与前后两组车轮2对应的安装槽1a，所述安装槽1a深3mm、宽2mm，所述车轮2直径为30mm，所述车轮2通过钉轴安装在对应的安装槽1a处。

在所述木车底面固定有配重块，在所述配重块的底面与导轨3顶面之间留有间距。所述配重块为厚2mm的铅块，配重块粘贴固定在木车底面，并且所述配重块的重心与木车重心的连线与木车底面垂直。所述配重块在说明书附图中未示出。

在所述轨道上端出发点布置有发车装置，所述发车装置包括转轴6和挡杆7。所述转轴6安装在轨道上端安装板4的下侧，在所述转轴6上固定有与导轨3一一对应的挡杆7。在所述轨道上开有与挡杆7一一对应的条形孔9，所述条形孔9位于每一导轨3上端的中部，。当转轴6转动挡杆7向上翻转时，挡杆7自条形孔9伸出导轨3顶面并与导轨3顶面垂直，当转轴6转动挡杆7向下翻转时，挡杆7自条形孔9降下到位于安装板4下方。所述转轴6的转动可以是手动操作的，也可以是电控的。本实施例优选在所述转轴6上连接有电控的驱动装置。在所述轨道终点安装有与导轨3一一对应的红外计时器10。所述驱动装置的开关与红外计时器10电关联。当驱动装置的开关开启时，所述挡杆7降下，同时所述红外计时器10开始计时；当木车经过终点时，对应红外计时器10的红外线被遮蔽，该红外计时器10停止计时。所述红外计时器10包括位于导轨3下方的光源和位于导轨上方的本体，当驱动装置开关开启时，本体开始计时，光源出射的红外线被本体接收；当木车到达终点，红外线被木块遮蔽，本体收到信号即停止计时。

在所述轨道的末端布置有减速坡8，所述减速坡8位于轨道终点之后。

在实际教学中，本发明可以有多种使用方法，为了促进学生探索科学，启发学生的想象力和创造性，本实施例优选以下使用方法：

步骤一，让学生在纸上完成木车的外形设计图，并将设计图粘贴在木块1上；

步骤二，将木块1根据设计图切割加工，并进行表面打磨和涂色、烘干；

步骤三，在木块1上安装车轮2，并添加车轮润滑剂，减小车轮轮轴的摩擦以及车轮与木块之间的摩擦；

步骤四，对木车进行称重，并增加配重块将同一组车辆的重量统一；

步骤五，将木车放在轨道起点，利用势能转化为动能的原理，进行无动力小木车的比赛。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种动能势能转化教具，其特征在于：包括轨道和木车，所述轨道包括安装板，所述安装板包括平滑相连的水平段和坡面段，在所述安装板上固定有至少两根导轨，每一所述导轨均凸出安装板上表面布置，在每一所述导轨上均架设有木车，所述木车包括木块和安装在木块上的前后两组车轮，所述木块位于导轨上方，在木块底面与导轨顶面之间留有间距，所述车轮位于导轨的左右两边，并且车轮与安装板上表面接触。

2.根据权利要求1所述的动能势能转化教具，其特征在于：所述木块呈高30、宽45、长180的矩形块，位于木块前部的车轮的中心轴距离木块前端的距离30≤d1≤50，位于木块后部的车轮的中心轴距离木块后端的距离10≤d2≤25。

3.根据权利要求1所述的动能势能转化教具，其特征在于：在所述木块的底面开有与前后两组车轮对应的安装槽，所述安装槽深3mm、宽2mm，所述车轮直径为30mm，所述车轮通过钉轴安装在对应的安装槽处，所述导轨凸出安装板上表面10-15mm。

4.根据权利要求1所述的动能势能转化教具，其特征在于：在所述木车底面固定有配重块，在所述配重块的底面与导轨顶面之间留有间距。

5.根据权利要求1所述的动能势能转化教具，其特征在于：所述安装板由至少两段板体拼接而成，所述导轨也分段固定在各个安装板板体上，各段导轨的其中一端伸出对应的安装板板体、另一端比对应的安装板板体短，并且伸出对应安装板板体的导轨搭接在对接的安装板板体上。

6.根据权利要求1所述的动能势能转化教具，其特征在于：在所述轨道上端布置有发车装置，所述发车装置包括转轴和挡杆，所述转轴安装在轨道上端安装板的下侧，在所述转轴上固定有与导轨一一对应的挡杆，在所述轨道上开有与挡杆一一对应的条形孔，所述条形孔位于每一导轨上端的中部，当转轴转动挡杆向上翻转时，挡杆自条形孔伸出导轨顶面并与导轨顶面垂直，当转轴转动挡杆向下翻转时，挡杆自条形孔降下到位于安装板下方。

7.根据权利要求6所述的动能势能转化教具，其特征在于：在所述转轴上连接有驱动装置，在所述轨道终点安装有与导轨一一对应的红外计时器，所述驱动装置的开关与红外计时器关联，当驱动装置的开关开启时，所述挡杆降下，同时所述计时器开始计时，当木车经过终点时，对应红外计时器的红外线被遮蔽，该红外计时器停止计时。

8.根据权利要求1所述的动能势能转化教具，其特征在于：在所述轨道的末端布置有减速坡，所述减速坡位于轨道终点之后。