專利名稱：多功能活動型空間幾何解析模型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于教、學(xué)用具技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種空間幾何模型，特別涉及一種多功能活動型空間幾何解析模型。
背景技術(shù)：
空間幾何是數(shù)學(xué)的重要組成部分，它在土木建筑、機械設(shè)計、航海測繪等大量實際問題中都有廣泛的應(yīng)用；空間幾何也是數(shù)學(xué)教學(xué)的一個突出難點。教育部制定的《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》特別強調(diào)，“立體幾何初步的教學(xué)重點是幫助學(xué)生形成空間想象能力，教師應(yīng)該提供豐富的實物模型”，“幫助學(xué)生認(rèn)識空間幾何體的結(jié)構(gòu)特征”?？臻g幾何體模型對于數(shù)學(xué)教學(xué)具有重要作用。現(xiàn)在市場上的空間幾何體模型主要有兩種鐵絲焊接的模型 和塑料的球棍模型。但是，這兩種模型的形狀和大小固定，均無法改變，模型無法活動，用途單一；模型的頂點難以成為真正的幾何頂點；模型沒帶刻度，不能顯示空間距離的長度及其變化；而且形狀固定，體積大，存放、使用和攜帶均不方便。這兩種模型無法滿足教師和學(xué)生的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠活動、顯示長度、有真正幾何頂點、存放攜帶方便的多功能空間幾何模型。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是多功能活動型空間幾何解析模型由若干個三線共點轉(zhuǎn)動副和若干根帶刻度伸縮桿連接組成；該三線共點轉(zhuǎn)動副三個連接端的軸線三線相交于一點，所述三個連接端均可繞該點轉(zhuǎn)動；該帶刻度伸縮桿能夠拉伸和收縮的各層拉桿表面均設(shè)有刻度；該帶刻度伸縮桿的兩端能與三線共點轉(zhuǎn)動副連接端連接；設(shè)有備用套筒，能與帶刻度伸縮桿兩端連接，可將帶刻度伸縮桿與帶刻度伸縮桿連接起來。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該三線共點轉(zhuǎn)動副三個連接端的端頭，到三個連接端軸線相交點的距離一致，設(shè)為固定長度；該帶刻度伸縮桿每層拉桿的刻度，從內(nèi)層拉桿突出的一端開始標(biāo)數(shù)；該帶刻度伸縮桿收縮時，其內(nèi)層拉桿露出部分的長度連同其連接端的長度保持固定，不在刻度計數(shù)范圍；備用套筒的長度設(shè)為固定。這樣使讀取長度的數(shù)值準(zhǔn)確、高效、輕松。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該三線共點轉(zhuǎn)動副由三個帶平板套筒和一個主軸、一個副軸組成；該主軸一端開槽，且槽兩側(cè)有通孔，安裝有副軸，這兩個軸的軸線垂直相交；所述三個帶平板套筒安裝在這兩個軸上，是三線共點轉(zhuǎn)動副的三個連接端；該帶平板套筒是套筒上連帶著有通孔平板，其平板的平面與各自套筒的軸線保持適當(dāng)距離，使三個帶平板套筒的套筒軸線三線相交于一點。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該三線共點轉(zhuǎn)動副由兩個帶平板套筒、一個連球套筒和一個球面副、一個軸構(gòu)成；球面副固定在軸的一端，其球心在軸的軸線上；兩個帶平板套筒和一個連球套筒是三線共點轉(zhuǎn)動副的三個連接端；該連球套筒的一端連著球面副的球，所述兩個帶平板套筒安裝在軸上，是套筒上連帶著有通孔平板，其平板的面與各自套筒的軸線保持適當(dāng)距離，使帶平板套筒和連球套筒的套筒軸線三線相交于一點。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該帶刻度伸縮桿最內(nèi)層拉桿突出的一端鑲嵌有帶擋板螺桿，該帶刻度伸縮桿的另一端鑲嵌有螺桿；該帶擋板螺桿的擋板直徑大于三線共點轉(zhuǎn)動副連接端的套筒內(nèi)徑，三線共點轉(zhuǎn)動副連接端的套筒設(shè)有內(nèi)螺紋，與螺桿或帶擋板螺桿的螺紋相配合；備用套筒有內(nèi)螺紋，與螺桿或帶擋板螺桿的螺紋相配合。作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，該帶刻度伸縮桿最內(nèi)層拉桿突出的一端鑲嵌有帶擋板圓桿，該帶刻度伸縮桿的另一端鑲嵌有圓桿；該帶擋板圓桿的擋板直徑大于三線共點轉(zhuǎn)動副連接端的套筒內(nèi)徑，三線共點轉(zhuǎn)動副連接端的套筒無內(nèi)螺紋，與圓桿或帶擋板圓桿相配合；三線共點轉(zhuǎn)動副連接端的套筒一側(cè)設(shè)有螺紋通孔，由此可用螺釘固定帶刻度伸縮桿兩端的圓桿或帶擋板圓桿；備用套筒無內(nèi)螺紋，與圓桿或帶擋板圓桿相配 合，備用套筒一側(cè)設(shè)有螺紋通孔。采用本發(fā)明的幾何模型結(jié)構(gòu)后，模型的部件少，只有兩種，但模型的重組性和活動性很強，改變?nèi)€共點轉(zhuǎn)動副和帶刻度伸縮桿的組裝個數(shù)，或改變帶刻度伸縮桿長度或夾角，就可利用有限的部件獲得多種形狀和大小的幾何體；本模型組裝成形后，還可以通過帶刻度伸縮桿的伸縮活動，直觀生動地演示幾何體的動態(tài)變化過程；本模型可以演示平面幾何圖形、極坐標(biāo)系或直角坐標(biāo)系。三線共點轉(zhuǎn)動副連接端的軸線實現(xiàn)了三線相交于一個公共點，確保了模型具有幾何意義上的真正的頂點。帶刻度伸縮桿上有刻度，可直接讀取長度，實現(xiàn)了數(shù)量與模型、數(shù)與形的有機結(jié)合，使用者不僅可以定性觀察幾何模型，還可以定量觀察幾何模型，直接度量或驗證空間距離的長度及其變化。本模型的組裝、拆卸容易，模型不用拆卸后，所占空間很小，便于存放和攜帶。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖I是本發(fā)明組裝的四面體模型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是三線共點轉(zhuǎn)動副的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是三線共點轉(zhuǎn)動副主軸的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是含有球面副的三線共點轉(zhuǎn)動副的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是備用套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是套筒有內(nèi)螺紋的帶平板套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是套筒無內(nèi)螺紋的帶平板套筒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是帶刻度伸縮桿的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是帶刻度伸縮桿與帶刻度伸縮桿連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的幾何模型由若干個三線共點轉(zhuǎn)動副I和若干根帶刻度伸縮桿2連接組成。僅以四面體模型為例，如圖I所示，四面體由4個三線共點轉(zhuǎn)動副I和6根帶刻度伸縮桿2組裝而成。本發(fā)明幾何模型的結(jié)構(gòu)如圖I至圖9所示，該三線共點轉(zhuǎn)動副I三個連接端的軸線總是三線相交于一點3，所述三個連接端均可繞該點3轉(zhuǎn)動，該點3作為幾何模型的頂點。當(dāng)該三線共點轉(zhuǎn)動副I的結(jié)構(gòu)采用帶平板套筒6、7、8和主軸4、副軸5組成時，該主軸4 一端開槽，且槽兩側(cè)有通孔，裝有副軸5，該主軸4、副軸5的軸線垂直相交，該主軸4的另一端有螺紋，可擰上螺母。所述帶平板套筒6、7、8是三線共點轉(zhuǎn)動副I的三個連接端，該帶平板套筒是套筒上連帶著有通孔平板，由通孔將帶平板套筒6、7安裝在主軸4上、帶平板套筒8安裝在副軸5上。所述帶平板套筒6、7、8的平板的面與各自套筒的軸線保持適當(dāng)距離，使帶平板套筒6、7、8無論怎樣轉(zhuǎn)動，其套筒的三條軸線始終相交于一點3，此點3就是主軸4、副軸5的軸線交點，使模型具有真正的幾何頂點。該帶刻度伸縮桿2能夠拉伸和回縮的各層拉桿表面均帶有刻度，可直接顯示長度。該帶刻度伸縮桿2的兩端能與三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端連接，帶刻度伸縮桿2 (包括其他連接端)作為幾何模型的棱。設(shè)有備用套筒14，能與帶刻度伸縮桿2兩端連接，可充分延長帶刻度伸縮桿2的長度。當(dāng)帶刻度伸縮桿2的連接端采用螺紋連接時，該帶刻度伸縮桿2最內(nèi)層拉桿突出的一端鑲嵌有帶擋板螺桿12，另一端鑲嵌有螺桿13。三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端的套筒設(shè)有內(nèi)螺紋，與螺桿13或帶擋板螺桿12的螺紋相配合。該帶擋板螺桿12的擋板直徑大于三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端的套筒內(nèi)徑，阻擋帶刻度伸縮桿2最內(nèi)層拉桿進(jìn)入三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端的套筒。備用套筒14有內(nèi)螺紋，與螺桿13或帶擋板螺桿12的螺紋相配合。使用模型時，只要將螺桿13或帶擋板 螺桿12擰進(jìn)三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端的套筒即可(帶刻度伸縮桿2的各層拉桿之間既可以伸縮，也可以適當(dāng)轉(zhuǎn)動)。作為本發(fā)明的另一種實施方式，如圖8、圖9所示，幾何模型棱的長度的顯示，也可這樣設(shè)置使讀數(shù)容易該帶刻度伸縮桿2每層拉桿的刻度，從內(nèi)層拉桿突出的一端開始標(biāo)數(shù)；該帶刻度伸縮桿2完全收縮時，其內(nèi)層拉桿露出部分的長度連同其連接端的長度(即帶擋板螺桿或帶擋板圓桿的擋板長度)保持固定，不在刻度計數(shù)范圍；使該三線共點轉(zhuǎn)動副I三個連接端的端頭，到三個連接端軸線相交點3距離一致，且設(shè)為固定長度；備用套筒14的長度設(shè)為固定。讀數(shù)時只要將幾個長度累加即可。作為本發(fā)明的另一種實施方式，如圖4所示，三線共點轉(zhuǎn)動副I的結(jié)構(gòu)也可采用一個軸9、一個球面副10和一個連球套筒11、兩個帶平板套筒6、7構(gòu)成。球面副10固定在軸9的一端，其球心在軸9的軸線上。帶平板套筒6、7、連球套筒11是三線共點轉(zhuǎn)動副I的三個連接端。該連球套筒11的一端連著球面副10的球，另一端是套筒，使該連球套筒11無論怎樣轉(zhuǎn)動，其套筒軸線都通過球面副10的球心。該帶平板套筒6、7是套筒上連帶著有通孔平板，由通孔將其安裝在軸9上，該帶平板套筒6、7的平板的面與各自套筒的軸線保持適當(dāng)距離，使帶平板套筒6、7、連球套筒11無論怎樣轉(zhuǎn)動，其套筒的三條軸線始終相交于一點3，此點3就是球面副10的球心。當(dāng)然，三線共點轉(zhuǎn)動副I的結(jié)構(gòu)還可采用帶圓桿套筒作為其連接端，這同樣能設(shè)置圓桿與套筒的軸線保持適當(dāng)距離，確保三線共點轉(zhuǎn)動副I的連接端無論怎樣轉(zhuǎn)動，其套筒的三條軸線始終相交于一點3。作為本發(fā)明的另一種實施方式，如圖5、圖7、圖8所示，帶刻度伸縮桿2的連接端也可采用圓桿結(jié)構(gòu)該帶刻度伸縮桿2最內(nèi)層拉桿突出的一端鑲嵌有帶擋板圓桿15，另一端鑲嵌有圓桿16。該帶擋板圓桿15的擋板直徑大于三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端的套筒內(nèi)徑，使帶刻度伸縮桿2最內(nèi)層拉桿不能進(jìn)入三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端的套筒。三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端的套筒無內(nèi)螺紋，與圓桿16或帶擋板圓桿15相配合。三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端的套筒一側(cè)設(shè)有螺紋通孔17，可由此用螺釘鎖緊帶刻度伸縮桿兩端的圓桿或帶擋板圓桿。備用套筒14無內(nèi)螺紋，與圓桿16或帶擋板圓桿15相配合，備用套筒14 一側(cè)設(shè)有螺紋通孔17。使用本模型時，根據(jù)實際需要選取帶刻度伸縮桿2和三線共點轉(zhuǎn)動副I的個數(shù)，將帶刻度伸縮桿2連接端與三線共點轉(zhuǎn)動副I連接端連接起來，同時，調(diào)節(jié)帶刻度伸縮桿2之間的夾角及其拉伸的長度，組裝成幾何模型。模型組裝后，可以再次調(diào)節(jié)帶刻度伸縮桿2之間的夾角及其拉伸的長度，變成新模型或者演示幾何體動態(tài)變化。使用完畢后，可輕松拆卸 部件，縮小體積，以便存放和攜帶。
權(quán)利要求
1.一種多功能活動型空間幾何解析模型，由若干個三線共點轉(zhuǎn)動副(I)和若干根帶刻度伸縮桿(2)連接組成，其特征在于該三線共點轉(zhuǎn)動副(I)三個連接端的軸線三線相交于一點(3)，所述三個連接端均可繞該點(3)轉(zhuǎn)動；該帶刻度伸縮桿(2)能夠拉伸和回縮的各層拉桿表面均帶有刻度；該帶刻度伸縮桿(2)的兩端能與三線共點轉(zhuǎn)動副(I)連接端連接；設(shè)有備用套筒(14)，能與帶刻度伸縮桿(2)兩端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能活動型空間幾何解析模型，其特征在于該三線共點轉(zhuǎn)動副(I)三個連接端的端頭，到點(3)距離一致，為固定長度；該帶刻度伸縮桿(2)每層拉桿的刻度標(biāo)數(shù)，從內(nèi)層拉桿突出的一端開始；該帶刻度伸縮桿(2)收縮時，其內(nèi)層拉桿露出部分的長度連同其連接端的長度保持固定，不在刻度計數(shù)范圍；備用套筒(14)的長度固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能活動型空間幾何解析模型，其特征在于該三線共點轉(zhuǎn)動副(I)由三個帶平板套筒(6)、(7)、(8)和主軸(4)、副軸(5)組成；該主軸(4) 一端開槽，且槽兩側(cè)有通孔，裝有副軸(5)，該主軸(4)、副軸(5)的軸線垂直相交；所述帶平板套筒(6)、(7)、(8)安裝在主軸(4)或副軸(5)上，是三線共點轉(zhuǎn)動副(I)的連接端；帶平板套筒(6)、(7)、(8)是套筒上連帶著有通孔平板，其平板的面與各自套筒的軸線保持適當(dāng)距離，使帶平板套筒(6)、(7),(8)的套筒軸線三線相交于一點(3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能活動型空間幾何解析模型，其特征在于該三線共點轉(zhuǎn)動副(I)由一個軸(9)、一個球面副(10)和一個連球套筒(11)、兩個帶平板套筒(6)、(7)構(gòu)成；球面副(10)固定在軸(9)的一端，其球心在軸(9)的軸線上；所述帶平板套筒(6)、(7)、連球套筒(11)是三線共點轉(zhuǎn)動副(I)的三個連接端；該連球套筒(11)的一端連著球面副(10)的球，帶平板套筒(6)、(7)安裝在軸(9)上，是套筒上連帶著有通孔平板，其平板的面與各自套筒的軸線保持適當(dāng)距離，使帶平板套筒(6)、(7)、連球套筒(11)的套筒的軸線三線相交于一點(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的多功能活動型空間幾何解析模型，其特征在于該帶刻度伸縮桿(2)最內(nèi)層拉桿突出的一端鑲嵌有帶擋板螺桿(12)，另一端鑲嵌有螺桿(13);該帶擋板螺桿(12)的擋板直徑大于三線共點轉(zhuǎn)動副(I)連接端的套筒內(nèi)徑，三線共點轉(zhuǎn)動副(I)連接端的套筒有內(nèi)螺紋，與螺桿(13)或帶擋板螺桿(12)的螺紋相配合；備用套筒(14)有內(nèi)螺紋，與螺桿(13)或帶擋板螺桿(12)的螺紋相配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的多功能活動型空間幾何解析模型，其特征在于該帶刻度伸縮桿(2)最內(nèi)層拉桿突出的一端鑲嵌有帶擋板圓桿(15)，另一端鑲嵌有圓桿(16);該帶擋板圓桿(15)的擋板直徑大于三線共點轉(zhuǎn)動副(I)連接端的套筒內(nèi)徑，三線共點轉(zhuǎn)動副(I)連接端的套筒無內(nèi)螺紋，與圓桿(16)或帶擋板圓桿(15)相配合，三線共點轉(zhuǎn)動副(I)連接端的套筒一側(cè)有螺紋通孔(17);備用套筒(14)無內(nèi)螺紋，與圓桿(16)或帶擋板圓桿(15)相配合，備用套筒(14) 一側(cè)有螺紋通孔(17)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能活動型空間幾何解析模型，屬于教、學(xué)用具技術(shù)領(lǐng)域，由若干個三線共點轉(zhuǎn)動副(1)和若干根帶刻度伸縮桿(2)連接組成；三線共點轉(zhuǎn)動副(1)三個連接端的軸線三線相交于一點(3)，這三個連接端可繞該點(3)轉(zhuǎn)動；帶刻度伸縮桿(2)各層拉桿表面均設(shè)有刻度；帶刻度伸縮桿(2)能與三線共點轉(zhuǎn)動副(1)連接端連接，能與備用套筒(14)連接。本模型能夠活動、顯示距離長度、有真正的幾何頂點，存放、使用和攜帶均方便；有利于輕松、高效地培育學(xué)生的空間想象能力和探究能力。
文檔編號G09B23/04GK102723021SQ201210236349
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者程林, 程歡歡 申請人:程林