CN220381694U - 一种竖直公切等时圆演示仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种竖直公切等时圆演示仪器，包括上下设置的相切的第一圆、第二圆，还包括的第一空心管、竖向设置的第二空心管、可转动的第三空心管，第一空心管上下端分别设置第一进球孔、第一出球孔，第二空心管上下端分别设置第二进球孔、第二出球孔，第一空心管、第二空心管的上端分别设有第一电磁铁、第二电磁铁，第三空心管包括主管体及两端部设置的第一伸缩管头、第二伸缩管头，第一伸缩管头上设有第三进球孔、第三电磁铁，第二伸缩管头上设有第三出球孔；第一电磁铁、第二电磁铁及第三电磁铁失电并使各小球同时释放并沿相应空心管滑落。可以进行竖直公切等时圆演示，而且操作简单，准确度高。

Description

一种竖直公切等时圆演示仪器

技术领域

本实用新型涉及教学实验器具技术领域，具体涉及一种竖直公切等时圆演示仪器。

背景技术

物理学科具有理论性强的特点，为了便于学生理解，通常老师会利用一些教具进行演示。等时圆演示仪器是其中一种，现有的等时圆演示仪器多为这种单圆等时圆，(1)从竖直圆的圆弧上任一点运动到最低点，时间相等。(2)从竖直圆最高点沿直线运动到圆弧任一点时，时间相等。

缺点与不足：

a：不能同时释放小球进行对比；

b：不能对竖直公切等时圆进行演示；

c：起点或落点并非真正的最高点或最低点，实验精确度不够，误差大。

授权公告号为CN205302760U的实用新型专利公开了一种等时圆物理教学演示仪，通过控制器控制电磁铁，使滑块固定在两个光滑细杆与圆形支架的上部固定点处，然后通过控制器使电磁铁5失去磁性，两个滑块同时落下，最后同时落到光滑细杆底部，验证等时圆的特性。该专利采用了电磁铁控制滑块(相当于小球)，释放时间的同步性得到一定保证，但是还存在上述的其他问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种竖直公切等时圆演示仪器，能够对竖直公切等时圆进行演示，同时解决小球释放时间同步的问题，提高实验精确度。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种竖直公切等时圆演示仪器，包括上下设置的第一圆、第二圆，第一圆与第二圆相切，还包括前后方向依次设置的第一空心管、第二空心管、第三空心管，第一空心管、第二空心管、第三空心管的中心线分别位于三个竖直面内，第一空心管倾斜设置，第二空心管竖向设置，第一空心管和第二空心管是固定的，第三空心管可绕转轴转动，第一空心管、第二空心管、第三空心管的中心线均是通过第一圆与第二圆的共切点；

第一空心管的上下端分别设置第一进球孔、第一出球孔，第二空心管的上下端分别设置第二进球孔、第二出球孔，第一空心管、第二空心管的上端分别设有第一电磁铁、第二电磁铁，第一电磁铁、第二电磁铁分别用于吸附一个由相应进球孔放入的小球，并使得小球定位在第一圆的圆弧位置；

第三空心管包括主管体及两端部设置的第一伸缩管头、第二伸缩管头，第一伸缩管头上设有第三进球孔、第三电磁铁，第三电磁铁用于吸附一个由第三进球孔放入的小球，并使得小球定位在第一圆的圆弧位置，第二伸缩管头上设有第三出球孔；第一电磁铁、第二电磁铁及第三电磁铁失电并使各小球同时释放并沿相应空心管滑落，分别从第一出球孔、第二出球孔、第三出球孔出来。

进一步地，所述第一空心管、第二空心管、第三空心管均为透明管。

进一步地，所述第一空心管、第二空心管的下端分别设有第一感应件、第二感应件，第一感应件、第二感应件分别位于第一出球孔、第二出球孔的底侧，第二伸缩管头上于第三出球孔的底侧设有第三感应件，各小球落到底刚好是落至第二圆的圆弧处，并触发相应的感应件。

进一步地，第一感应件、第二感应件、第三感应件采用金属板，小球落到底后碰撞该金属板。

进一步地，所述第一空心管、第二空心管的端部封设一层铝板，作为感应件。

进一步地，所述第一伸缩管头、第二伸缩管头相对于主管体可伸缩，所述第一伸缩管头、第二伸缩管头通过摩擦锁定件维持与主管体的相对位置。

进一步地，所述竖直公切等时圆演示仪器还包括底座，第二圆通过支撑杆固定在底座上，底座上具有收集槽，用于收集落下来的小球。

进一步地，所述底座上设置有水平仪，底座底侧设有若干个调平螺丝。

进一步地，水平仪包括竖向设置和水平设置的两个。

进一步地，所述第二圆外周的一个圆弧段上凸设有圆弧形挡板，对第三空心管下端的第二伸缩管头进行限位，圆弧形挡板的所在圆与第二圆同圆心设置。

本实用新型的有益效果：

本实用新型竖直公切等时圆演示仪器，设置有上下两个相切的圆，并配置有三个空心管，其中一个倾斜设置，一个竖向设置，另一个活动(可旋转)设置，空心管均是通过两个圆的共切点，空心管并作为小球运动的轨道，可以进行竖直公切等时圆演示操作。

小球的初始位置是由电磁铁吸附，操作简单，很容易将小球放置在设定位置；而且三个电磁铁同时失电即可同时释放三个小球，保证了各小球同一时间下落，进而提高实验的准确度。

空心管采用透明管，可以观察小球在管内的运动情况。

空心管底部设置有感应件，感应件采用金属板时，利用铁质小球落到底会碰撞金属板而发出声音，因此可以通过听声判断三个小球是否同时到达。

竖直公切等时圆演示仪器底部设置的底座，作为收纳盒，可以收纳落下来的小球，便于下次试验时拾取小球。

附图说明

图1是本实用新型竖直公切等时圆演示仪器的示意图；

图2是第三空心管在图1的基础上顺时针旋转一定角度后的示意图(显示部分结构)；

图3是图2中的上端的局部视图；

图4是三个空心管在两个等时圆上布置的立体结构示意图；

图5是图4中三个空心管交汇处的局部视图；

图6是第三空心管的结构示意图；

图7是第三空心管上部的示意图；

图8是第三空心管下部的示意图；

图9是第三空心管上部与第一圆上的卡板配合的示意图。

图中各标记对应的名称：

1、第一圆；11、卡板；2、第二圆；21、圆弧形挡板；31、第一空心管；32、第一电磁铁；33、第一出球孔；34、第一进球孔；41、第二空心管；42、第二电磁铁；43、第二出球孔；44、第二进球孔；51、第三空心管；511、转套；512、主管体；52、第三电磁铁；53、第一伸缩管头；531、第三进球孔；532、卡轴；54、第二伸缩管头；541、第三出球孔；57、摩擦锁定件；571、弧形手槽；61、底座；62、调平螺丝；63、支撑杆；64、加强杆；7、小球。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

如图1-图9所示，一种竖直公切等时圆演示仪器，包括上下设置的第一圆1、第二圆2，也即两个等时圆，上方的第一圆1的直径小于下方的第二圆2的直径。

第一圆1与第二圆2相切。第一圆和第二圆采用圆板，或者圆环都可以。

竖直公切等时圆演示仪器包括前后方向依次设置的第一空心管31、第二空心管41、第三空心管51，第一空心管31、第二空心管41、第三空心管51的中心线分别位于三个竖直面内。第一空心管31倾斜设置，第二空心管41竖向设置，第一空心管31和第二空心管41是固定的，第三空心管51可绕转轴转动，第一空心管31、第二空心管41、第三空心管51的中心线均是通过第一圆1与第二圆2的共切点，也即三个空心管在空间是交汇的。

图1-4所示，第一空心管31的上下端分别设置第一进球孔34、第一出球孔33，第二空心管41的上下端分别设置第二进球孔44、第二出球孔43，第一空心管31、第二空心管41的上端分别设有第一电磁铁32、第二电磁铁42，第一电磁铁32、第二电磁铁42分别用于吸附一个由相应进球孔放入的小球7，并使得小球7定位在第一圆1的圆弧位置，也即实验时的该两个小球7的初始位置。

图5和6所示，为保证第三空心管51转动时，绕设定轴线转动，本实例中第三空心管51设置在最外侧，第二空心管41设置在中间位置，第二空心管41靠近长度方向的中心位置处设有转轴，转轴沿第二空心管41径向外凸，不改变第二空心管41的内部圆孔结构，不影响小球7正常滑动。第三空心管51的靠近长度方向的中心位置处设有转套511，套设转轴上，绕转轴可转动，转套511是位于第三空心管51的外侧，也是不影响内部孔结构。第一空心管31与第二空心管41也可采用这种结构，便于初始的装配定位。第一空心管31是固定的，通过胶粘或者卡箍固定等其他方式与第一圆1、第二圆2固定。

图6-8所示，第三空心管51包括主管体512及两端部设置的第一伸缩管头53、第二伸缩管头54，下部的是第二伸缩管头54，因为第三空心管51是可转动的，调整位置后又要保证进出球的位置在等时圆的圆弧位置，因此通过将端部做成可伸缩的，以适配长度的变化。第一伸缩管头53上设有第三进球孔、第三电磁铁52，第三电磁铁52用于吸附一个由第三进球孔放入的小球7，并使得小球7定位在第一圆1的圆弧位置，也即实验时的第三个小球7的初始位置。第二伸缩管头54上设有第三出球孔541。

图1所示，第一电磁铁32、第二电磁铁42及第三电磁铁52均是连接在12V直流电源上，由控制器控制电磁铁的通断电；进一步地还可调整电磁铁所需电压，使电磁铁的吸力适当，而不至于过度发热，电磁铁本身的原理属于现有技术，如何调整电压也是本领域技术人员能够实现的，并非本专利重点，不再赘述。第一电磁铁32、第二电磁铁42及第三电磁铁52失电并使各小球7同时释放并沿相应空心管滑落，分别从第一出球孔33、第二出球孔43、第三出球孔541出来。利用磁铁对各小球7的初始位置定位，并可以控制各小球7同步下落，提高实验的准确度。

进球孔、出球孔都是从管体侧面开设，第一空心管31是倾斜设置的，出球孔可以从朝向第二空心管41的一侧开设出球孔，朝下倾斜，利于小球7落到底后自动出来。进球孔的位置，可以从空心管的前侧设置，径向开孔，用于将小球7放入，小球7为铁球，放入后，被电磁铁吸附。

各出球孔的大小大于小球7直径，可以将出球孔的底部设置成方孔、上部设置成半圆孔，更利于小球7的滚出；方孔的宽度大于小球7直径。

第一空心管31、第二空心管41、第三空心管51均为透明管，空心管内壁要光滑，保证小球7下滑顺畅。采用透明管，可以观察小球7的运动过程，空心管材质可以采用现有的，如亚克力等。

第一空心管31、第二空心管41的下端分别设有第一感应件、第二感应件，第一感应件、第二感应件分别位于第一出球孔33、第二出球孔43的底侧，第二伸缩管头54上于第三出球孔541的底侧设有第三感应件，各小球7落到底刚好是落至第二圆2的圆弧处，并触发相应的感应件。

第一感应件、第二感应件、第三感应件采用金属板，小球7落到底后碰撞该金属板，金属板采用铝板。第一空心管31、第二空心管41的端部封设一层铝板，作为感应件。小球7落到底后，触碰铝板，发出声音，可以通过听声判断小球7是否同时达到第二圆2。对于第三空心管51，可以在第二伸缩管头54的底部设置铝板，或者另设置一个堵头，堵头采用螺纹安装方式，堵头上端作为小球7的碰撞面。其他实施例中，各空心管底部均可设置一个感应堵头，采用铁质的或者不锈钢，感应堵头螺纹装配在管体下端，感应堵头的上侧面为被小球7碰撞的碰撞感应面，也能发出撞击声，利用螺纹装配的，还可以调整位置，确保小球7的达到位置是在第二圆2的圆弧位置上。

图7和8所示，第一伸缩管头53、第二伸缩管头54相对于主管体512可伸缩，所述第一伸缩管头53、第二伸缩管头54通过摩擦锁定件57维持与主管体512的相对位置。摩擦锁定件57，即采用一个L形弹性臂，类似圆珠笔帽上的卡子结构，L形弹性臂可掰动，调整伸缩管头的位置后，释放L形弹性臂，可产生摩擦力，保持伸缩管头与主管体512的相对位置。L形弹性臂上还设有弧形手槽571，供操作人员捏持。或者，直接利用操作人员的作用力，解除L形弹性臂对管头或管体外壁的摩擦力，直接进行伸缩调节。

图4所示，第二圆2外周的一个圆弧段上凸设有圆弧形挡板21，对第三空心管51下端的第二伸缩管头54进行限位，圆弧形挡板21的所在圆与第二圆2同圆心设置。通过圆弧形挡板21，确保调节第三空心管51的长度时，出球孔的位置能够在第二圆2的圆弧上进行调整，调整便捷，也能保证一定的准确度。

图4所示，第一圆1外周的一个圆弧段上设有卡板11，卡板11呈圆弧板，是对应第三空心管51的上端位置设置，卡板11具有圆弧形卡槽，第三空心管51的第一伸缩管头53的外周垂直设有一个卡轴532，卡轴532位于该圆弧形卡槽中。在旋转调整第三空心管51的位置时，也即需要改变其整体长度，而第一伸缩管头53是在该圆弧形卡槽中活动，能够保证小球7的初始位置依然在第一圆1圆弧上。可以利用卡轴与圆弧形卡槽的摩擦力，保持调整后的状态；当然也可将卡轴端部设置螺纹，再螺纹配合一个蝶形螺母(固定时用于紧贴卡板)，将调整角度后的第三空心管固定在设定位置。

图1所示，竖直公切等时圆演示仪器还包括底座61，第二圆2通过支撑杆63固定在底座61上，底座61上具有收集槽，用于收集落下来的小球7，不至于随意乱滚动。底座61采用板材拼装而成，中间形成槽体，可以理解为收纳盒。利用支撑杆63，对第二圆2外侧壁进行支撑，使得圆处在竖直平面内；同时第一圆1和第二圆2之间也连接加强杆64，保证第一圆1、第二圆2的稳定性。

底座61上设置有水平仪，底座61底侧设有若干个调平螺丝62。水平仪包括竖向设置和水平设置的两个。利用两个水平仪，并配合调平螺丝62，使底座61水平。水平仪采用水平泡，两个可以独立设置，也可采用集成在一起的。

实施例2

本实施例中，第一感应件、第二感应件、第三感应件采用压力传感器，并将信号输出至控制器经过分析处理后，通过显示屏显示相应数据，根据采集到的各小球的感应时间点，判断是否同时达到。

本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：包括上下设置的第一圆、第二圆，第一圆与第二圆相切，还包括前后方向依次设置的第一空心管、第二空心管、第三空心管，第一空心管、第二空心管、第三空心管的中心线分别位于三个竖直面内，第一空心管倾斜设置，第二空心管竖向设置，第一空心管和第二空心管是固定的，第三空心管可绕转轴转动，第一空心管、第二空心管、第三空心管的中心线均是通过第一圆与第二圆的共切点；

第一空心管的上下端分别设置第一进球孔、第一出球孔，第二空心管的上下端分别设置第二进球孔、第二出球孔，第一空心管、第二空心管的上端分别设有第一电磁铁、第二电磁铁，第一电磁铁、第二电磁铁分别用于吸附一个由相应进球孔放入的小球，并使得小球定位在第一圆的圆弧位置；

第三空心管包括主管体及两端部设置的第一伸缩管头、第二伸缩管头，第一伸缩管头上设有第三进球孔、第三电磁铁，第三电磁铁用于吸附一个由第三进球孔放入的小球，并使得小球定位在第一圆的圆弧位置，第二伸缩管头上设有第三出球孔；第一电磁铁、第二电磁铁及第三电磁铁失电并使各小球同时释放并沿相应空心管滑落，分别从第一出球孔、第二出球孔、第三出球孔出来。

2.根据权利要求1所述的竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：所述第一空心管、第二空心管、第三空心管均为透明管。

3.根据权利要求1所述的竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：所述第一空心管、第二空心管的下端分别设有第一感应件、第二感应件，第一感应件、第二感应件分别位于第一出球孔、第二出球孔的底侧，第二伸缩管头上于第三出球孔的底侧设有第三感应件，各小球落到底刚好是落至第二圆的圆弧处，并触发相应的感应件。

4.根据权利要求3所述的竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：第一感应件、第二感应件、第三感应件采用金属板，小球落到底后碰撞该金属板。

5.根据权利要求4所述的竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：所述第一空心管、第二空心管的端部封设一层铝板，作为感应件。

6.根据权利要求1所述的竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：所述第一伸缩管头、第二伸缩管头相对于主管体可伸缩，所述第一伸缩管头、第二伸缩管头通过摩擦锁定件维持与主管体的相对位置。

7.根据权利要求1所述的竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：所述竖直公切等时圆演示仪器还包括底座，第二圆通过支撑杆固定在底座上，底座上具有收集槽，用于收集落下来的小球。

8.根据权利要求7所述的竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：所述底座上设置有水平仪，底座底侧设有若干个调平螺丝。

9.根据权利要求8所述的竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：水平仪包括竖向设置和水平设置的两个。

10.根据权利要求1所述的竖直公切等时圆演示仪器，其特征在于：所述第二圆外周的一个圆弧段上凸设有圆弧形挡板，对第三空心管下端的第二伸缩管头进行限位，圆弧形挡板的所在圆与第二圆同圆心设置。