[发明专利]一种等时圆物理教学演示装置

说明书

技术领域

本发明属于中学物理中的教学教具技术领域，具体来说涉及一种等时圆物理教学演示装置。

背景技术

由于物理学科具有理论性强的特点，一些疑难知识点往往学生不太容易理解，为了便于学生理解，通常老师会利用一些教具进行演示。在实际教学过程中，发明人发现很多学生对等时圆的相关习题都不能作对，说明学生对等时圆的原理理解有困难。如图1所示例题：在一个半径为R竖直圆环上固定三根光滑杆为a、b、c，其中a为圆环的竖直直径，b、c与a的夹角分别为α、β，且α＜β。在三根杆上各套一个小金属环，让它们从杆的顶部滑到底部，所用时间分别为ta、tb、tc，则它们的大小关系为（）。

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

这道题的正确答案是C，但是在实际测试时，很多学生都没有答对，说明学生对这道题不是很理解。因此，为了使学生加深理解，有必要设计一种物理课堂教具来演示等时圆原理给学生看，以提高学生的学习兴趣。

首先来计算一下b杆上的小金属环从顶部滑到底部的时间：

先作辅助线如图2，同时对b上的小金属环作受力分析可知，小金属环的加速为a=g·cosα，下滑的位移为x=2R·cosα，所以由公式x=at²可得t===2

从结果可以看出，下滑时间与倾角无关，所以从三根光滑杆上所下滑的时间是相等的。

在高中物理教学中，等时圆模型的应用非常广泛，教师在讲解时，都是理论推导，缺乏实际的模型演示，学生不易直观、形象的理解和掌握其规律。为了检验上述示例题中的理论推导的结果，需要通过实验来进行检验，而实践是检验真理的唯一标准，一个理论是否正确，应该学会用实验去检验它。在教学中老师应该引导学生有用实验去检验理论的精神，培养学生自己动手设计实验、制作实验器材的能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有结构简单、演示形象直观、易于观察且操作方便的等时圆物理教具，具体地说是一种等时圆物理教学演示装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种等时圆物理教学演示装置，包括有支撑板、外切圆环、空心管、多个小球、等时小圆、等时大圆和小球释放装置，所述外切圆环、等时小圆和等时大圆设于支撑板中并交汇在一起形成交汇切点，其中所述外切圆环在竖直方向分别与等时小圆和等时大圆相切构成外切圆结构，所述等时小圆和等时大圆在竖直方向相切构成内切圆结构，所述空心管设于支撑板上，所述小球从等时大圆的圆弧上同时释放，从上自下依次同时穿过等时小圆的圆弧和交汇切点，并同时与外切圆环相碰，所述小球的直径约小于空心管的内径，并能在空心管内自由运动，所述小球释放装置设于空心管的上端，通过所述小球释放装置控制小球在空心管内运动。

进一步地，本发明所述的等时圆物理教学演示装置，其中所述空心管包括一根竖直设置的立管和多根倾斜设置的斜管，所述立管和斜管的上端分布于等时大圆中的圆周不同部位，并从上至下依次穿过等时小圆的圆周不同部位和外切圆环顶部相切部位的交汇切点，其下端分布于外切圆环的圆周不同部位。

进一步地，本发明所述的等时圆物理教学演示装置，其中所述小球释放装置包括有联动档杆和金属丝，所述联动档杆穿过所述空心管的管壁，并位于空心管内用于挡住所述小球，其中所述小球的球心位于等时大圆上，所述金属丝的一端与联动档杆固定连接，另一端为自由端，并伸入于所述空心管的内部，通过拉动所述金属丝的自由端带动联动档杆运动，同时释放位于联动档杆上的小球，可使小球在空心管内运动。

进一步地，本发明所述的等时圆物理教学演示装置，其中所述空心管通过弹性橡皮条和垫块固定于所述支撑板上，所述垫块固定在撑板上，所述垫块采用不同厚度以保证空心管都能与支撑板平行，通过所述弹性橡皮条能将其空心管拉动离开所述支撑板表面。

进一步地，本发明所述的等时圆物理教学演示装置，其中还包括有支撑框架体，所述支撑框架体能容纳所述支撑板，在所述支撑框架体内部设有横置的转轴，所述转轴位于支撑框架体的中部，其中位于支撑框架体中的支撑板与转轴可拆卸连接，在转轴的作用下，可带动所述支撑板随转轴旋转，改变支撑板的倾斜角度。

进一步地，本发明所述的等时圆物理教学演示装置，其中所述支撑框架体为顶部开口的矩形方体结构，或者设置为顶部能打开或关闭的活动盖板式矩形方体结构，并采用透明钢化玻璃胶接组成，在支撑框架体的侧面还设有供所述金属丝的自由端穿过的通孔。