[发明专利]一种教学和游戏用装置

说明书

技术领域

本发明涉及可作为演示教具和游戏用的装置。

背景技术

已知的装置结合了认知、训练和娱乐功能。目前这种设备主要用于各类教育机构的物理和数学课程的演示，日常生活中也有很大的需求量。

装置的用途决定其结构特点。要将物体的重力能量转化为平行运动机械能，使用的是双锥体和两个倾斜发散的与双锥体互动的表面，这样，装置就有了多部分的结构，物体的重力能量转化为平行运动机械能。(RU238593C2,2003.07.10)。为了演示几率分布双轴定律，装置含有位于液体容器中的靶子，为小型开放式容器形式，配有放射状分布的隔板(RU2108835C1,1998.04.20)。本发明旨在创造可以演示一个点或弹性体（如球体）运动状态的装置。根据US4358276А,1982.11.09，已知的装置和本装置一样，可以演示运动物体在外力作用下的运动特点，也带有演示运动物体加速、碰撞和震动的功能。装置包含硬质金属面板作为演示板。面板上覆盖了可以反映球体运动轨迹的材料，球的运动方向由外力确定。一般使用烃纸充当这种材料，可以演示滚动球体的运动。面板装在配有振动机械的桌上，可形成大于轨迹长度的波浪形或虚线形的周期性运动轨迹。桌子在水平面上振动时的球轨迹是波浪形的，而当桌子在垂直于桌面的方向上振动时，球会跳起，其轨迹为虚线形式。球的轨迹的形式取决于球的运动速度，是由演示装置的桌面振动频率所决定的。

装置的不足之处在于，作为演示教具，它只能演示取决于外力方向的球的运动轨迹。同时我们都知道，教学过程中应使用具有教学功能、可确定使用者智力水平的手段。装置较笨重，进行面板振动时机械操作不便，还需要一直更换烃纸，这也限制了它的可用性，无法在日常生活中大量应用。

发明内容

使用本发明的可达到的技术性成果为创造可广泛应用的演示教具，用于学习物体在外力作用下的运动特点。

本装置结构简单，成本低廉；可以在日常生活中用作带有教学、认知和娱乐功能的游戏设备。

为达到技术性成果，本装置需包含球体和面板，面板为波纹板形式，其振幅与波纹周期相比至少小10倍，而球体的直径与波纹周期相比也至少小10倍。

所述波纹板的表面可以是正弦、梯形、三角形或更加复杂的形状。

上述装置可以配备从任意角度向面板表面掷球的工具。

上述装置可以配备以任意初始速度掷球的工具。

上述装置可以配备以任意初始速度从任意角度向面板表面掷球的工具。

所述面板可以带有额外的波纹板，与主面板成一定角度。

所述面板可以带有小孔，保证球体可以自由穿过。

具体实施方式

下面结合实施例及对比例对本发明作进一步详细、完整地说明。

本发明由图1进行解释，图上显示的是本装置的可行方案之一，图2为球体运动轨迹示例。

装置包含水平放置的面板1，其工作表面是波纹状的，球体2也是本装置的一部分。本方案中面板1为尺寸带有固定比例的正弦形式。球2可以在波纹周期内跳动，从波纹的一个最低处到其他最低处，或从一个最高处到其他最高处。其他条件相等时四个参数中每个参数的增加（球的能量或半径，波纹板的周期或振幅）都会使混乱轨迹增加，同时降低系统动力的可预测性。

计算球2与空气的的微弱摩擦造成系统能量的损失，在与面板1碰撞时显示，在这些损失相对值不大时，运动的性质在某些时段不会发生质的变化。

当面板1波纹由两个方向组成（图1），球体2运动分析表明，由于在每次碰撞时球体2从面板1上的弹跳方向发生改变，运动的特征类似于随机的“游动”。

上述情况的分析和数值模拟表明，需要满足的条件是：波纹振幅和球体2直径与波纹周期长度相比不少于10倍。

装置的认知、教学和娱乐功能靠向面板1投掷球体2来实现。

球体2在引力场中移动，并与面板1多次碰撞。由于面板1表面的波纹和球体2围绕其轴心的旋转，球体从面板1的反弹角度与下落角度不同，所以每次撞击之后球体2运动轨迹参数都会发生一些变化。当空气阻力不大时，球体2的运动轨迹接近抛物线。这一描述并不限制其他面板形式和掷球工具。