[实用新型]一种用于小学自然课程力矩教学的演示教具

说明书

本实用新型涉及教学用具技术领域，具体是涉及一种用于小学自然课程力矩教学的演示教具，括用以演示位矢方向和物体旋转方向的球体模型，用以支撑球体模型的支架，和用以演示向球体模型施加力的方向的指向棒；本实用新型通过用可发光的位矢棒演示物理量位矢，用指向棒演示物理量施加外力，用轻质液态石蜡中亮片的移动轨迹演示物体受力旋转的结果，让小学生直观地看到“力”和“位矢”概念的实物演示，从而直观、清楚地向小学生说明力矩这一抽象概念，确立小学生对于物体受力的概念的基础认知。

技术领域

本实用新型涉及教学用具技术领域，具体是涉及一种用于小学自然课程力矩教学的演示教具。

背景技术

力对某轴的矩是量度力对物体作用绕该轴转动效应的物理量，可分为力对点的矩和力对轴的矩，用公式可表示如下：

M＝r×F

其中，r代表矢径，F为施加外力(为矢量)，因此M是矢量。所以说力矩M是人们为了简化物体受力旋转状态的一个抽象概念。

小学生因为其年龄关系，对于抽象概念的理解存在较大困难，仅凭老师教导，需较长时间，若有相关教具能够辅助教学，教学难度会大大降低。

但是当今市面上并没有对于“力矩”这一概念设计的教具，尤其是面向小学生教学的教具，因此设计一款面向小学生的“力矩”演示教具具有现实意义。

实用新型内容

为实现以上目的，本实用新型提供了一种用于小学自然课程力矩教学的演示教具，可通过相关模型演示，让小学生直观地看到“力”和“位矢”概念的实物演示，从而方便教师进行讲解，具体的技术方案如下：

一种用于小学自然课程力矩教学的演示教具，包括用以演示位矢方向和物体旋转方向的球体模型，用以支撑球体模型的支架，和用以演示向球体模型施加力的方向的指向棒。

进一步地，球体模型包括透明球壳，设置在透明球壳内腔顶部的永磁铁，设置在透明球壳底部的金属球壳；金属球壳顶端竖直设置有金属连接杆，金属连接杆的顶端与透明球壳球心位置重合；以金属连接杆的顶端为起点，沿球体模型的径向设置有若干位矢棒。所诉位矢棒的棒身内穿有导线，棒身上裹有LED灯，棒身与透明球壳内腔接触面上设有密封圈，棒身与透明球壳外侧接触面上设有陶瓷接头。陶瓷接头中心部设有供位矢棒棒身内导线与外界连通的通孔。

球体模型的作用是用来模拟受力物体的受力状态，透明球壳上的陶瓷接头即为预设的受力点，从球心处指向受力点的位矢棒用以指示位矢方向。

进一步地，支架是由用以支撑球体模型的底座和通过支撑杆与底座连接的顶板组成；底座顶面设置有与金属球壳相适配的连接球杆，底座侧面设置有开关；顶板底部与永磁铁位置相对处设置有电磁铁。

在未通电状态下，球体模型会自然垂落在底座的连接球杆上；通电后，球体模型上端的永磁铁受到电磁铁向上的引力，会带动球体模型竖直立在连接球杆上，且当受到外力偏移时，能够通过电磁力的吸引回复到竖直状态。

进一步地，指向棒是由金属棒和连接在金属棒尾端的导线组成；金属棒靠近导线端的握持部位套设有绝缘套。指向棒用以向球体模型的受力点陶瓷接头施加外力，因此在使用时应注意：棒身轴向方向应与施力方向保持一致，这样才能直观地向小学生说明施力方向。

进一步地，电磁铁通过导线与电源电性连接；当指向棒的金属棒与位矢棒上的陶瓷接头接触时，可通过导线与电源一起构成连通电路。当电路连通时，位矢棒棒身上的LED灯会发亮，从而显眼地向小学生展示位矢方向和施力方向的关系，方便学生直接观察。

进一步地，球体模型的内腔中充有轻质液态石蜡，轻质液态石蜡中漂浮有亮片。轻质液态石蜡因为是油性物质，因此不会导电，而且因为其中漂浮有亮片，所以当球体模型受指向棒施加力的作用转动时，亮片也会“缓慢”移动，移动轨迹方向即为物体旋转方向，此时用右手螺旋定则(即四指沿旋转方向握住，伸出拇指)可得出力矩方向。