[發明專利]一種等時圓物理教學演示裝置

在審

• 申請號: 201711096251.4
• 申請日: 2017-11-09
• 公開（公告）號: CN107644573A
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 令狐榮鴻;柯勝;廖宇維
• 申請（專利權）人: 令狐榮鴻
• 主分類號: G09B23/06
• 分類號: G09B23/06
• 代理公司: 遵義浩嘉知識產權代理事務所(普通合伙)52112
• 代理人: 李雪梅

技術領域

本發明屬于中學物理中的教學教具技術領域，具體來說涉及一種等時圓物理教學演示裝置。

背景技術

由于物理學科具有理論性強的特點，一些疑難知識點往往學生不太容易理解，為了便于學生理解，通常老師會利用一些教具進行演示。在實際教學過程中，發明人發現很多學生對等時圓的相關習題都不能作對，說明學生對等時圓的原理理解有困難。如圖1所示例題：在一個半徑為R豎直圓環上固定三根光滑桿為a、b、c，其中a為圓環的豎直直徑，b、c與a的夾角分別為α、β，且α＜β。在三根桿上各套一個小金屬環，讓它們從桿的頂部滑到底部，所用時間分別為ta、tb、tc，則它們的大小關系為（）。

A、ta>tb>tc；B、ta＜tb＜tc；C、ta＝tb＝tc；D、不能比較。

這道題的正確答案是C，但是在實際測試時，很多學生都沒有答對，說明學生對這道題不是很理解。因此，為了使學生加深理解，有必要設計一種物理課堂教具來演示等時圓原理給學生看，以提高學生的學習興趣。

首先來計算一下b桿上的小金屬環從頂部滑到底部的時間：

先作輔助線如圖2，同時對b上的小金屬環作受力分析可知，小金屬環的加速為a=g·cosα，下滑的位移為x=2R·cosα，所以由公式x=at²可得t===2

從結果可以看出，下滑時間與傾角無關，所以從三根光滑桿上所下滑的時間是相等的。

在高中物理教學中，等時圓模型的應用非常廣泛，教師在講解時，都是理論推導，缺乏實際的模型演示，學生不易直觀、形象的理解和掌握其規律。為了檢驗上述示例題中的理論推導的結果，需要通過實驗來進行檢驗，而實踐是檢驗真理的唯一標準，一個理論是否正確，應該學會用實驗去檢驗它。在教學中老師應該引導學生有用實驗去檢驗理論的精神，培養學生自己動手設計實驗、制作實驗器材的能力。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種具有結構簡單、演示形象直觀、易于觀察且操作方便的等時圓物理教具，具體地說是一種等時圓物理教學演示裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種等時圓物理教學演示裝置，包括有支撐板、外切圓環、空心管、多個小球、等時小圓、等時大圓和小球釋放裝置，所述外切圓環、等時小圓和等時大圓設于支撐板中并交匯在一起形成交匯切點，其中所述外切圓環在豎直方向分別與等時小圓和等時大圓相切構成外切圓結構，所述等時小圓和等時大圓在豎直方向相切構成內切圓結構，所述空心管設于支撐板上，所述小球從等時大圓的圓弧上同時釋放，從上自下依次同時穿過等時小圓的圓弧和交匯切點，并同時與外切圓環相碰，所述小球的直徑約小于空心管的內徑，并能在空心管內自由運動，所述小球釋放裝置設于空心管的上端，通過所述小球釋放裝置控制小球在空心管內運動。

進一步地，本發明所述的等時圓物理教學演示裝置，其中所述空心管包括一根豎直設置的立管和多根傾斜設置的斜管，所述立管和斜管的上端分布于等時大圓中的圓周不同部位，并從上至下依次穿過等時小圓的圓周不同部位和外切圓環頂部相切部位的交匯切點，其下端分布于外切圓環的圓周不同部位。

進一步地，本發明所述的等時圓物理教學演示裝置，其中所述小球釋放裝置包括有聯動檔桿和金屬絲，所述聯動檔桿穿過所述空心管的管壁，并位于空心管內用于擋住所述小球，其中所述小球的球心位于等時大圓上，所述金屬絲的一端與聯動檔桿固定連接，另一端為自由端，并伸入于所述空心管的內部，通過拉動所述金屬絲的自由端帶動聯動檔桿運動，同時釋放位于聯動檔桿上的小球，可使小球在空心管內運動。

進一步地，本發明所述的等時圓物理教學演示裝置，其中所述空心管通過彈性橡皮條和墊塊固定于所述支撐板上，所述墊塊固定在撐板上，所述墊塊采用不同厚度以保證空心管都能與支撐板平行，通過所述彈性橡皮條能將其空心管拉動離開所述支撐板表面。

進一步地，本發明所述的等時圓物理教學演示裝置，其中還包括有支撐框架體，所述支撐框架體能容納所述支撐板，在所述支撐框架體內部設有橫置的轉軸，所述轉軸位于支撐框架體的中部，其中位于支撐框架體中的支撐板與轉軸可拆卸連接，在轉軸的作用下，可帶動所述支撐板隨轉軸旋轉，改變支撐板的傾斜角度。

進一步地，本發明所述的等時圓物理教學演示裝置，其中所述支撐框架體為頂部開口的矩形方體結構，或者設置為頂部能打開或關閉的活動蓋板式矩形方體結構，并采用透明鋼化玻璃膠接組成，在支撐框架體的側面還設有供所述金屬絲的自由端穿過的通孔。