本發(fā)明屬于教學(xué)用具技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種運(yùn)動(dòng)合成與分解的演示裝置。

背景技術(shù)：

“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”是中學(xué)教學(xué)中一個(gè)必不可少的重要方法。學(xué)生在認(rèn)識(shí)運(yùn)動(dòng)的合成和分解有關(guān)規(guī)律的過程中，往往概念模糊、空間想象力缺乏，因此學(xué)生在解決運(yùn)動(dòng)的合成與分解的實(shí)際問題的過程中遇到了較多的困難，是學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的一個(gè)難點(diǎn)。在學(xué)習(xí)“運(yùn)動(dòng)的合成與分解”，教材是通過輪船渡河的例子來說明合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，并且一些已有的裝置都存在一定的缺陷。例如，紅蠟塊在玻璃管中的上浮，演示中紅蠟塊的合運(yùn)動(dòng)瞬間即消失，存在觀察上的困難；另外，在演示時(shí)，實(shí)驗(yàn)的進(jìn)程不能隨意暫停，存在一定的局限性。2013年10月25日公開的申請?zhí)枮?01320662464.X的實(shí)用新型公開了一種運(yùn)動(dòng)合成分解演示裝置，其包括底座和豎直設(shè)置在底座上的畫板，所述畫板的頂部連接有小車機(jī)構(gòu)，小車機(jī)構(gòu)連接有x向傳動(dòng)裝置和y向傳動(dòng)裝置，所述畫板前側(cè)設(shè)有畫筆機(jī)構(gòu)。其雖然能演示一個(gè)合運(yùn)動(dòng)的路徑，但不能同時(shí)顯示出各個(gè)分運(yùn)動(dòng)，并且不能演示任意角度的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，不便于攜帶。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種運(yùn)動(dòng)合成與分解的演示裝置，能同時(shí)顯示出物體的合運(yùn)動(dòng)和它的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)，而且能演示任意角度的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成。

為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種運(yùn)動(dòng)合成與分解的演示裝置，包括吸附板、定磁釘、動(dòng)磁釘、系有第一球體的第一系線、系有第二球體的第二系線、系有第三球體的第三系線，第一系線、第二系線、第三系線的長度相等，吸附板供定磁釘和動(dòng)磁釘吸附；第一系線的端部、第二系線的端部系在動(dòng)磁釘上，第三系線的端部系在定磁釘上，第一系線架在定磁釘上，第二系線直接下垂在動(dòng)磁釘?shù)恼路?，第三系線架在動(dòng)磁釘上。移動(dòng)動(dòng)磁釘使得第一球體、第二球體、第三球體運(yùn)動(dòng)，記錄各個(gè)球體始末位置，可以演示運(yùn)動(dòng)合成的平行四邊形法則。

吸附板垂直放置，定磁釘是吸附在吸附板上不動(dòng)的，動(dòng)磁釘可以在吸附板上做任意方向上的移動(dòng)。

第一球體和第二球體顏色相同，第三球體顏色不同，不同顏色的設(shè)計(jì)可以讓學(xué)生很好地區(qū)分分運(yùn)動(dòng)和合運(yùn)動(dòng)。

第一系線、第二系線、第三系線均可部分纏繞在定磁釘或動(dòng)磁釘上，如此可以改變第一系線、第二系線、第三系線演示時(shí)的長度，可獲得更多變化的情況，增加演示效果。但是，改變第一系線、第二系線、第三系線演示時(shí)的長度時(shí)，第一系線、第二系線、第三系線的長度要保持相等。

本裝置利用了三個(gè)球體運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性、等效性和等時(shí)性，將分運(yùn)動(dòng)和合運(yùn)動(dòng)同時(shí)表現(xiàn)出來，進(jìn)而探究分運(yùn)動(dòng)和合運(yùn)動(dòng)的矢量性，把抽象的概念直觀化。

原理如下：

先記錄下第一球體、第二球體、第三球體的初始位置。動(dòng)磁釘在任意方向上做一定距離的移動(dòng)，再記錄下第一球體、第二球體、第三球體的終止位置。連接各個(gè)球體的始末位置，得到各個(gè)球體的位移，若位移不是始于同一點(diǎn)，就平移各個(gè)位移，使其始于同一起點(diǎn)。其中第一球體、第二球體為第三球體的分運(yùn)動(dòng)，第三球體為合運(yùn)動(dòng)，靠各個(gè)球體的位移可得到運(yùn)動(dòng)合成的平行四邊形。如此可以驗(yàn)證任意方向上的合運(yùn)動(dòng)與其分運(yùn)動(dòng)滿足矢量疊加的平行四邊形法則。

具體演示個(gè)例如下：

以動(dòng)磁釘在向右水平移動(dòng)，且各個(gè)球體初始位置相同為例。

經(jīng)過相同的時(shí)間，第一球體與第三球體沿豎直方向向上的位移相同，第二球體與第三球體沿水平方向向右的位移相同。因此，第三球體沿斜向上方向的運(yùn)動(dòng)，可看作同時(shí)參與了兩種運(yùn)動(dòng)，即豎直方向向上的直線運(yùn)動(dòng)和水平方向向右的直線運(yùn)動(dòng)。

這樣，我們就把第一球體沿豎直方向向上的運(yùn)動(dòng)和第二球體沿水平方向向右的運(yùn)動(dòng)，叫做第三球體沿斜向上方向運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)；把第三球體沿斜向上方向的運(yùn)動(dòng)叫做第一球體和第二球體的合運(yùn)動(dòng)。即兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)可以看作是合運(yùn)動(dòng)分解的結(jié)果，合運(yùn)動(dòng)可以看作是兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果。動(dòng)磁釘向右水平移動(dòng)時(shí)，第一球體、第二球體的運(yùn)動(dòng)路徑豎直和水平，第三球體的運(yùn)動(dòng)路徑傾斜，用以驗(yàn)證任意方向的運(yùn)動(dòng)可以分解為水平與豎直方向上的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)；水平與豎直方向上的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)能合成為一個(gè)方向上的合運(yùn)動(dòng)。如此理解后，便可向?qū)W生進(jìn)一步講解運(yùn)動(dòng)的合成和分解的知識(shí)。

作為改進(jìn)，所述吸附板上設(shè)置有網(wǎng)格。網(wǎng)格的設(shè)置便于作圖，而且增加觀看的效果。

作為改進(jìn)，所述定磁釘和動(dòng)磁釘上均設(shè)置有系線槽、滑移槽，第一系線、第二系線系于動(dòng)磁釘?shù)南稻€槽內(nèi)，第三系線系于定磁釘?shù)南稻€槽內(nèi)，第一系線架在定磁釘?shù)幕撇蹆?nèi)，第三系線架在動(dòng)磁釘?shù)幕撇蹆?nèi)。兩種不同的槽的設(shè)計(jì)，使得動(dòng)磁釘運(yùn)動(dòng)時(shí)，各個(gè)系線能很好地在滑移槽內(nèi)滑移，流暢地體現(xiàn)各個(gè)球體的運(yùn)動(dòng)。

作為改進(jìn)，所述第一球體、第二球體、第三球體上均設(shè)置有通孔。便于各個(gè)系線系在各個(gè)球體上。

作為進(jìn)一步改進(jìn)，所述定磁釘上系線槽和滑移槽的位置與動(dòng)磁釘上系線槽和滑移槽的位置相反。如此是為了避免演示過程中各個(gè)系線的交叉，保證整個(gè)演示過程能順利地進(jìn)行。

本演示裝置有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、能在顯示物體的合運(yùn)動(dòng)的同時(shí)把它的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)也能夠同時(shí)顯示出來，且能較隨意控制演示的進(jìn)行。

2、解決了以往不能演示任意角度的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成的缺點(diǎn)，本演示裝置不僅能夠演示互相垂直的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成，而且還能夠演示出任意角度的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的合成。

3、能夠通過直觀的演示，一個(gè)磁釘?shù)臓恳鹑齻€(gè)球體的同時(shí)運(yùn)動(dòng)，幫助學(xué)生建立矢量合成和分解的正確概念，掌握等效替代的物理思想和方法，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)演示的基礎(chǔ)上，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，從而能在具體的問題中作出正確的分析和判斷。并且用本演示裝置演示講解運(yùn)動(dòng)的合成和分解能引起學(xué)生極大的興趣，學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)和規(guī)律的接收會(huì)更加高效，記憶深刻，教學(xué)效果好。

4、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、設(shè)計(jì)巧妙、直觀性強(qiáng)、易于操作、便于攜帶以及儲(chǔ)存等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的動(dòng)磁釘向右水平移動(dòng)且各個(gè)球體初始位置相同時(shí)的演示示意圖；

圖3為本發(fā)明的定磁釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的動(dòng)磁釘?shù)慕Y(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-定磁釘；2-動(dòng)磁釘；3-第一球體；31-第一系線；4-第二球體；41-第二系線；5-第三球體；51-第三系線；61-系線槽；62-滑移槽；7-吸附板。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

如圖1、圖2所示，一種運(yùn)動(dòng)合成與分解的演示裝置，包括吸附板7、定磁釘1、動(dòng)磁釘2、系有第一球體3的第一系線31、系有第二球體4的第二系線41、系有第三球體5的第三系線51，第一系線31、第二系線41、第三系線51的長度相等，吸附板7供定磁釘1和動(dòng)磁釘2吸附；第一系線31的端部、第二系線41的端部系在動(dòng)磁釘2上，第三系線51的端部系在定磁釘1上，第一系線31架在定磁釘1上，第一系線31繞過定磁釘1后在第一球體3的作用下豎直下垂，第二系線41直接下垂在動(dòng)磁釘2的正下方，第三系線51架在動(dòng)磁釘2上，第三系線51繞過動(dòng)磁釘2后在第三球體5的作用下豎直下垂。移動(dòng)動(dòng)磁釘2使得第一球體3、第二球體4、第三球體5運(yùn)動(dòng)，記錄各個(gè)球體始末位置，可以演示運(yùn)動(dòng)合成的平行四邊形法則。

原理如下：

先記錄下第一球體3、第二球體4、第三球體4的初始位置。動(dòng)磁釘2在任意方向上做一定距離的移動(dòng)，再記錄下第一球體3、第二球體4、第三球體5的終止位置。連接各個(gè)球體的始末位置，得到各個(gè)球體的位移，若位移不是始于同一點(diǎn)，就平移各個(gè)位移，使其始于同一起點(diǎn)。其中第一球體3、第二球體4為第三球體5的分運(yùn)動(dòng)，第三球體5為合運(yùn)動(dòng)，靠各個(gè)球體的位移可得到運(yùn)動(dòng)合成的平行四邊形。如此可以驗(yàn)證任意方向上的合運(yùn)動(dòng)與其分運(yùn)動(dòng)滿足矢量疊加的平行四邊形法則。

具體演示個(gè)例如下：

以動(dòng)磁釘2在向右水平移動(dòng)，且各個(gè)球體初始位置相同為例。

經(jīng)過相同的時(shí)間，第一球體3與第三球體5沿豎直方向向上的位移相同，第二球體4與第三球體5沿水平方向向右的位移相同。因此，第三球體5沿斜向上方向的運(yùn)動(dòng)，可看作同時(shí)參與了兩種運(yùn)動(dòng)，即豎直方向向上的直線運(yùn)動(dòng)和水平方向向右的直線運(yùn)動(dòng)。

這樣，我們就把第一球體3沿豎直方向向上的運(yùn)動(dòng)和第二球體4沿水平方向向右的運(yùn)動(dòng)，叫做第三球體5沿斜向上方向運(yùn)動(dòng)的分運(yùn)動(dòng)；把第三球體5沿斜向上方向的運(yùn)動(dòng)叫做第一球體3和第二球體4的合運(yùn)動(dòng)。即兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)可以看作是合運(yùn)動(dòng)分解的結(jié)果，合運(yùn)動(dòng)可以看作是兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)合成的結(jié)果。動(dòng)磁釘2向右水平移動(dòng)時(shí)，第一球體3、第二球體4的運(yùn)動(dòng)路徑豎直和水平，第三球體5的運(yùn)動(dòng)路徑傾斜，用以驗(yàn)證任意方向的運(yùn)動(dòng)可以分解為水平與豎直方向上的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)；水平與豎直方向上的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)能合成為一個(gè)方向上的合運(yùn)動(dòng)。

第一球體3、第二球體4、第三球體5上均設(shè)置有通孔。

吸附板7上設(shè)置有網(wǎng)格。

如圖3、圖4所示，定磁釘1和動(dòng)磁釘2上均設(shè)置有系線槽61、滑移槽62，定磁釘1上系線槽61和滑移槽62的位置與動(dòng)磁釘2上系線槽61和滑移槽62的位置相反。

第一系線31、第二系線41系于動(dòng)磁釘2的系線槽61內(nèi)，第三系線51系于定磁釘1的系線槽61內(nèi)，第一系線31架在定磁釘1的滑移槽62內(nèi)，第三系線51架在動(dòng)磁釘2的滑移槽62內(nèi)。