CN113035028A - 基于抛物线原理的抛物线演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于抛物线原理的抛物线演示装置，包括底座、转动杆、驱动装置以及抛件，转动杆与底座转动连接，转动杆的两端分别设置有第一容纳孔和第二容纳孔，第一容纳孔和第二容纳孔相对于底座对称设置，驱动装置驱动转动杆转动，将第一容纳孔或第二容纳孔内的抛件抛出；本发明的有益效果：通过驱动装置驱动转动杆绕底座转动，使得抛件从第一容纳孔或第二容纳孔内抛出，再落回该孔内，抛件呈垂直上抛运动，展示了抛件在离开第一容纳孔或第二容纳孔时的运动方向与第一容纳孔或第二容纳孔圆形的转动轨迹相切；通过驱动装置驱动转动杆绕底座转动，使得抛件从第一容纳孔或第二容纳孔内抛出，呈抛物线落入另一个孔时，展示抛物线的对称性。

Description

基于抛物线原理的抛物线演示装置

技术领域

本发明涉及物理原理演示装置技术领域，尤其涉及基于抛物线原理的抛物线演示装置。

背景技术

物理中抛物线的定义：一个质点，加速度方向恒定，但与初速度方向不同，它的运动轨迹就是抛物线。所以将一个物体以一定速度倾斜或向上抛出，它的运动轨迹就是抛物线；在将一个做圆周运动的物体抛出时，其抛出时的运动方向与圆相切；抛物线沿最高点所在垂直线对称；人们在了解到有关抛物线的知识中，常常都是一条抛物线以及多条辅助线、解释语，或用电脑演示，但总给人一种不太真实的感觉。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了基于抛物线原理的抛物线演示装置。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

基于抛物线原理的抛物线演示装置，包括底座、转动杆、驱动装置以及抛件，所述转动杆与底座转动连接，所述转动杆的两端分别设置有第一容纳孔和第二容纳孔，所述第一容纳孔和第二容纳孔相对于底座对称设置，所述驱动装置驱动转动杆转动，将第一容纳孔或第二容纳孔内的抛件抛出。

作为上述技术方案的改进，所述驱动装置采用伺服电机，并通过PLC控制伺服电机转速与转动角度。

作为上述技术方案的改进，所述转动杆位于底座两侧的长度相等。

作为上述技术方案的改进，所述第一容纳孔在垂直方向上的截面设置为半椭圆状，且第一容纳孔的深度大于宽度；所述第二容纳孔与第一容纳孔的结构相同。

作为上述技术方案的改进，所述抛件设置为圆球状。

作为上述技术方案的改进，所述抛件的表面设置有棉布层，棉布层内包过有金属球。

基于抛物线原理的抛物线演示装置的演示方法，包括以下步骤：

S1方向展示一

驱动装置驱动转动杆转动使其处于水平状态，将抛件放入第一容纳孔内，驱动装置驱动转动杆逆时针转动，转动角度为α，再顺时针转动，转动角度为α，使转动杆再次处于水平状态，抛件沿垂直方向向上运动，速率为v₁，并运行至最高点落下，落至第一容纳孔内；

S2对称展示一

驱动装置驱动转动杆顺时针转动，转动角度为β，0＜β＜90°，驱动装置控制转动杆停止转动，抛件沿倾斜方向抛出，速率为v₂，此时转动杆的瞬时转速为n₁，

r为第一容纳孔的转动半径，g为重力加速度；驱动装置驱动转动杆逆时针转动，转动角度为2β，抛件落入第二容纳孔内；

S3方向展示二

驱动装置驱动转动杆顺时针转动，转动角度为β，使转动杆处于水平状态，驱动装置驱动转动杆顺时针转动，转动角度为γ，再逆时针转动，转动角度为γ，使转动杆再次处于水平状态，抛件沿垂直方向向上运动，速率为v₃，并运行至最高点落下，落至第二容纳孔内；

S4对称展示二

驱动装置驱动转动杆逆时针转动，转动角度为θ，0＜θ＜90°，驱动装置控制转动杆停止转动，抛件沿倾斜方向抛出，速率为v₄，此时转动杆的瞬时转速为n₂，

驱动装置驱动转动杆顺时针转动，转动角度为2θ，抛件落入第一容纳孔内；

S5多次演示

改变角度α、β、γ、θ的数值，并重复执行S1-S4。

本发明的有益效果：通过驱动装置驱动转动杆绕底座转动，使得抛件从第一容纳孔或第二容纳孔内抛出，再落回该孔内，抛件呈垂直上抛运动，展示了抛件在离开第一容纳孔或第二容纳孔时的运动方向与第一容纳孔或第二容纳孔圆形的转动轨迹相切；通过驱动装置驱动转动杆绕底座转动，使得抛件从第一容纳孔或第二容纳孔内抛出，呈抛物线落入另一个孔时，展示抛物线的对称性。

附图说明

图1为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置的结构示意图；

图2a为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置进行方向展示一时逆时针转动后的结构示意图；

图2b为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置进行方向展示一时停止转动后抛件从第一容纳孔抛出的结构示意图；

图2c为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置进行方向展示一时停止转动后抛件进入第一容纳孔的结构示意图；

图3a为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置进行对称展示一时顺时针转动后抛件从第一容纳孔抛出的结构示意图；

图3b为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置进行对称展示一时逆时针转动后抛件进入第二容纳孔的结构示意图；

图4a为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置进行方向展示二时顺时针转动后的结构示意图；

图4b为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置方向展示二时逆时针转动后转动杆处于平行状态抛件从第二容纳孔抛出的结构示意图；

图4c为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置方向展示二时转动杆处于平行状态抛件进入第二容纳孔的结构示意图；

图5a为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置对称展示二时逆时针转动后抛件从第二容纳孔抛出的结构示意图；

图5b为本发明实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置对称展示二时顺时针转动后抛件进入第一容纳孔的结构示意图；

底座1，转动杆2，第一容纳孔21，第二容纳孔22，驱动装置3，抛件4。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

实施例

如图1所示，本实施例所述基于抛物线原理的抛物线演示装置，包括底座1、转动杆2、驱动装置3以及抛件4，所述转动杆2与底座1转动连接，所述转动杆2的两端分别设置有第一容纳孔21和第二容纳孔22，所述第一容纳孔21和第二容纳孔22相对于底座1对称设置，所述驱动装置3驱动转动杆2转动，将第一容纳孔21或第二容纳孔22内的抛件4抛出。

通过驱动装置3驱动转动杆2绕底座1转动，使得抛件4从第一容纳孔21或第二容纳孔22内抛出，再落回该孔内，抛件4呈垂直上抛运动，展示了抛件4在离开第一容纳孔21或第二容纳孔22时的运动方向与第一容纳孔21或第二容纳孔22圆形的转动轨迹相切；通过驱动装置3驱动转动杆2绕底座1转动，使得抛件4从第一容纳孔21或第二容纳孔22内抛出，呈抛物线落入另一个孔时，展示抛物线的对称性。

所述驱动装置3采用伺服电机，并通过PLC控制伺服电机转速与转动角度；电脑上位机将运行程序写入PLC内，再通过PLC控制伺服电机转动，从而使抛件4能够在转动杆2处于水平状态时抛出，或倾斜角度抛出并进入另一边的容纳孔内，需要改变伺服电机转速与转动角度时，仅需要通过电脑上位机改变运行程序即可。

所述转动杆2位于底座1两侧的长度相等；避免底座1两侧部分转动杆2重量不同，在驱动装置3驱动转动杆2转动时对其转速与转动角度产生影响，造成抛件4掉落，造成演示失败。

所述第一容纳孔21在垂直方向上的截面设置为半椭圆状，且第一容纳孔21的深度大于宽度；所述第二容纳孔22与第一容纳孔21的结构相同。

所述抛件4设置为圆球状，只需要抛件4圆心位置落入第一容纳孔21或第二容纳孔22内，抛件4就会滑入第一容纳孔21或第二容纳孔22内，便于抛件4进入第一容纳孔21或第二容纳孔22。

所述抛件4的表面设置有棉布层，棉布层内包过有金属球，加重抛件4的重量，降低空气阻力影响；同时通过棉布层防止抛件4对转动杆2或地面造成损伤，且降低噪音。

实施例2

基于抛物线原理的抛物线演示装置的演示方法，包括以下步骤：

S1方向展示一

如图1所示，驱动装置3驱动转动杆2转动使其处于水平状态，将抛件4放入第一容纳孔21内，如图2a所示，驱动装置3驱动转动杆2逆时针转动，转动角度为α，如图2b所示，再顺时针转动，转动角度为α，使转动杆2再次处于水平状态，抛件4沿垂直方向向上运动，速率为v₁，并运行至最高点落下，如图2c所示，落至第一容纳孔21内；

S2对称展示一

如图3a所示，驱动装置3驱动转动杆2顺时针转动，转动角度为β，0＜β＜90°，驱动装置3控制转动杆2停止转动，抛件4沿倾斜方向抛出，速率为v₂，此时转动杆2的瞬时转速为n₁，

r为第一容纳孔21的转动半径，g为重力加速度；如图3b所示，驱动装置3驱动转动杆2逆时针转动，转动角度为2β，抛件4落入第二容纳孔22内；

S3方向展示二

驱动装置3驱动转动杆2顺时针转动，转动角度为β，使转动杆2处于水平状态，如图4a所示，驱动装置3驱动转动杆2顺时针转动，转动角度为γ，如图4b所示，再逆时针转动，转动角度为γ，使转动杆2再次处于水平状态，抛件4沿垂直方向向上运动，速率为v₃，并运行至最高点落下，如图4c所示，落至第二容纳孔22内；

S4对称展示二

如图5a所示，驱动装置3驱动转动杆2逆时针转动，转动角度为θ，0＜θ＜90°，驱动装置3控制转动杆2停止转动，抛件4沿倾斜方向抛出，速率为v₄，此时转动杆2的瞬时转速为n₂，

如图5b所示，驱动装置3驱动转动杆2顺时针转动，转动角度为2θ，抛件4落入第一容纳孔21内；

S5多次演示

改变角度α、β、γ、θ的数值，并重复执行S1-S4。

分别对抛件4抛出时的角度以及抛物线的对称性进行演示，抛件4不同角度抛出时的抛物线轨迹不同，使观看者能够很直观的看到抛件4的运动轨迹，更深刻的了解抛物线的对称性。

同时通过抛接抛件4的杂耍方式来提高演示过程的观赏性，提高学习积极性。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上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精神和范围。

Claims (7)

1.基于抛物线原理的抛物线演示装置，其特征在于：包括底座(1)、转动杆(2)、驱动装置(3)以及抛件(4)，所述转动杆(2)与底座(1)转动连接，所述转动杆(2)的两端分别设置有第一容纳孔(21)和第二容纳孔(22)，所述第一容纳孔(21)和第二容纳孔(22)相对于底座(1)对称设置，所述驱动装置(3)驱动转动杆(2)转动，将第一容纳孔(21)或第二容纳孔(22)内的抛件(4)抛出。

2.根据权利要求1所述的基于抛物线原理的抛物线演示装置，其特征在于：所述驱动装置(3)采用伺服电机，并通过PLC控制伺服电机转速与转动角度。

3.根据权利要求1所述的基于抛物线原理的抛物线演示装置，其特征在于：所述转动杆(2)位于底座(1)两侧的长度相等。

4.根据权利要求1所述的基于抛物线原理的抛物线演示装置，其特征在于：所述第一容纳孔(21)在垂直方向上的截面设置为半椭圆状，且第一容纳孔(21)的深度大于宽度；所述第二容纳孔(22)与第一容纳孔(21)的结构相同。

5.根据权利要求1所述的基于抛物线原理的抛物线演示装置，其特征在于：所述抛件(4)设置为圆球状。

6.根据权利要求5所述的基于抛物线原理的抛物线演示装置，其特征在于：所述抛件(4)的表面设置有棉布层，棉布层内包过有金属球。

7.权利要求1-6中任一所述基于抛物线原理的抛物线演示装置的演示方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1方向展示一

驱动装置(3)驱动转动杆(2)转动使其处于水平状态，将抛件(4)放入第一容纳孔(21)内，驱动装置(3)驱动转动杆(2)逆时针转动，转动角度为α，再顺时针转动，转动角度为α，使转动杆(2)再次处于水平状态，抛件(4)沿垂直方向向上运动，速率为v₁，并运行至最高点落下，落至第一容纳孔(21)内；

S2对称展示一

驱动装置(3)驱动转动杆(2)顺时针转动，转动角度为β，0＜β＜90°，驱动装置(3)控制转动杆(2)停止转动，抛件(4)沿倾斜方向抛出，速率为v₂，此时转动杆(2)的瞬时转速为n₁，

r为第一容纳孔(21)的转动半径，g为重力加速度；驱动装置(3)驱动转动杆(2)逆时针转动，转动角度为2β，抛件(4)落入第二容纳孔(22)内；

S3方向展示二

驱动装置(3)驱动转动杆(2)顺时针转动，转动角度为β，使转动杆(2)处于水平状态，驱动装置(3)驱动转动杆(2)顺时针转动，转动角度为γ，再逆时针转动，转动角度为γ，使转动杆(2)再次处于水平状态，抛件(4)沿垂直方向向上运动，速率为v₃，并运行至最高点落下，落至第二容纳孔(22)内；

S4对称展示二

驱动装置(3)驱动转动杆(2)逆时针转动，转动角度为θ，0＜θ＜90°，驱动装置(3)控制转动杆(2)停止转动，抛件(4)沿倾斜方向抛出，速率为v₄，此时转动杆(2)的瞬时转速为n₂，

驱动装置(3)驱动转动杆(2)顺时针转动，转动角度为2θ，抛件(4)落入第一容纳孔(21)内；

S5多次演示

改变角度α、β、γ、θ的数值，并重复执行S1-S4。

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