技術領域：

本發(fā)明涉及一種三色光合成法演示圓錐曲線的裝置。

背景技術：
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隨著技術進步和經(jīng)濟發(fā)展，高中等教育越來越需要先進的裝備提高教學效果，二次函數(shù)、平面解析幾何、空間解析幾何、光的合成原理等知識，是我國大、中學階段學習的重要內(nèi)容，由于受有形物體空間排他性及制造技術的影響，用實物模型表現(xiàn)內(nèi)容及演示內(nèi)在聯(lián)系極為困難，教學中主要靠描述或用簡單的平面圖形說明，這對于空間概念不豐富的高中生和低年級大學生來說不易深刻理解，教學中急需一些實物裝置真實表現(xiàn)所學內(nèi)容。近階段也出現(xiàn)了涉及這方面的裝置，如，專利申請?zhí)枮镃N200820069548.1的文獻中給出了“圓錐曲線演示儀”，將磁鐵及細線組合起來，把筆繞在細線上，擰動螺釘來調(diào)節(jié)細線長短，來精確繪制橢圓或雙曲線，此成果主要是畫曲線而缺少圓錐面與平面相截的功能，難以體現(xiàn)圓錐曲線的形成過程；專利申請?zhí)枮镃N201420007993.0的文獻中給出了“圓錐曲線演示裝置”，將透明的圓錐殼體注入水，水面上漂浮有若干熒光顆粒，用光源直接照射圓錐殼體，可根據(jù)圓錐殼體內(nèi)熒光顆粒的分布顯示圓錐曲線的各種形成過程，此成果完全用熒光顆粒的分布顯示圓錐曲線而缺少圓錐截線及其投影的功能，不能同時演示全部的圓錐曲線。

因此，確有必要對現(xiàn)有技術進行改進以解決現(xiàn)有技術之不足。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題而提供一種三色光合成法演示圓錐曲線的裝置。

本發(fā)明所采用的技術方案有：一種三色光合成法演示圓錐曲線的裝置，包括箱體支架、滑塊軸柱、轉(zhuǎn)動機構(gòu)、定位機構(gòu)、錐面射燈、平面射燈、煙霧器和控制鍵盤，滑塊軸柱固定在箱體支架的內(nèi)壁上，轉(zhuǎn)動機構(gòu)連接在滑塊軸柱上，定位機構(gòu)與錐面射燈均設置在轉(zhuǎn)動機構(gòu)上，平面射燈固定在定位機構(gòu)上，控制鍵盤固定在箱體支架的外壁上，且控制鍵盤分別對應與轉(zhuǎn)動機構(gòu)、定位機構(gòu)、錐面射燈以及平面射燈對應連接，煙霧器置于箱體支架內(nèi)。

進一步地，所述箱體支架包括底板、頂板、推拉門、后立板、左側(cè)面、右側(cè)面、上軸套、下軸套、上卷軸、上遮光布、右卷軸以及右遮光布，后立板、左側(cè)面、右側(cè)面分別對應固定連接在底板與頂板之間，推拉門滑動插接于底板與頂板之間，下軸套和上軸套分別固定連接在底板與頂板上，上卷軸和右卷軸分別設于頂板和右側(cè)面上，上遮光布和右遮光布分別設于上卷軸和右卷軸上。

進一步地，所述滑塊軸柱包括帶槽導桿、下圓柱軸、上圓柱軸、滑塊、轉(zhuǎn)動把手和彈簧鎖卡，上圓柱軸和下圓柱軸分別固定連接在帶槽導桿的上下兩端，轉(zhuǎn)動把手固定連接在上圓柱軸上，滑塊滑動設于帶槽導桿上，彈簧鎖卡設于滑塊上。

進一步地，所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括橫桿、圓直桿、圓弧支腳、圓軸管、圓軸套、大圓齒輪、伺服電機、小圓齒輪、矩形橫桿、圓螺栓、粗糙套環(huán)和螺母，圓直桿固定連接在橫桿的左端，兩圓弧支腳上下分層固定連接在橫桿的右端，圓軸管設于兩圓弧支腳之間，圓軸套套設于圓軸管上，矩形橫桿連接于圓軸套上，圓螺栓設于矩形橫桿的右端，粗糙套環(huán)和螺母設于圓螺栓上；大圓齒輪套設于圓軸套上，伺服電機設于兩圓弧支腳之間，且轉(zhuǎn)軸與小圓齒輪相連，小圓齒輪與大圓齒輪相嚙合。

進一步地，所述定位機構(gòu)包括矩形直桿、直角支桿、圓環(huán)套、圓軸桿、轉(zhuǎn)盤和管狀電機，直角支桿和圓環(huán)套分別固定連接在矩形直桿的上下兩端，圓軸桿固定于直角支桿上，管狀電機設于圓軸桿上，且轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)盤相連。

進一步地，所述所述錐面射燈包括圓盤底座、外圓錐面罩、內(nèi)圓錐面罩、反光鏡、彩燈泡和電路板，在圓盤底座的中心處開有圓錐槽，外圓錐面罩固定于圓盤底座上，內(nèi)圓錐面罩設于外圓錐面罩內(nèi)，且內(nèi)圓錐面罩的下端與圓錐槽相連通，反光鏡和彩燈泡設于內(nèi)、外圓錐面罩之間，電路板設于圓盤底座上，且電路板對應與反光鏡和彩燈泡相連。

進一步地，所述平面射燈包括左支架板、右支架板、上燈座底板、下燈座底板、上排燈、下排燈、圓套環(huán)、旋轉(zhuǎn)燈架、線形指示燈、下反光鏡、上反光鏡、下遮光板、上遮光板和接線板，所述上燈座底板和下燈座底板相互平行地固定于左支架板與右支架板之間，上遮光板、上排燈和上反光鏡固定于上燈座底板上，下遮光板、下排燈和下反光鏡固定于下燈座底板上，旋轉(zhuǎn)燈架固定于右支架板上，線形指示燈設于旋轉(zhuǎn)燈架上，圓套環(huán)和接線板設于左支架板上，且接線板對應與上排燈、上反光鏡下排燈、下反光鏡以及線形指示燈相連。

進一步地，所述煙霧器包括液體容器、容器蓋、噴氣頭、導管、噴霧開關和氣體閥門，所述液體容器上設有圓開口，容器蓋蓋合于圓開口上，噴氣頭和噴霧開關設于容器蓋上，導管穿設于容器蓋內(nèi)，且導管的上端與噴氣頭相連，導管的中部與噴霧開關相連，氣體閥門設于液體容器上。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明操作簡單，組裝完成后只要打開電氣控制開關或移動吸盤就能完成所有演示和實驗；功能齊全：能演示高中中職的立體幾何、圓錐曲線等，大學數(shù)學的空間解析幾何，物理學中光的合成實驗等；適用性強：選擇不同長度的錐面射燈和平面射燈，可以在教室、實驗室、家庭等場合進行演示或?qū)嶒灐?/p>

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明中箱體支架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明中滑塊軸柱的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明中轉(zhuǎn)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明中定位機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是本發(fā)明中錐面射燈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明中平面射燈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是本發(fā)明中煙霧器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9是本發(fā)明中控制鍵盤的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明一種三色光合成法演示圓錐曲線的裝置，包括箱體支架1、滑塊軸柱2、轉(zhuǎn)動機構(gòu)3、定位機構(gòu)4、錐面射燈5、平面射燈6、煙霧器7和控制鍵盤8，滑塊軸柱2固定在箱體支架1的內(nèi)壁上，轉(zhuǎn)動機構(gòu)3連接在滑塊軸柱2上，定位機構(gòu)4與轉(zhuǎn)動機構(gòu)3相連，錐面射燈5固定在轉(zhuǎn)動機構(gòu)3上，平面射燈6固定在定位機構(gòu)4上，控制鍵盤8固定在箱體支架的外壁上，煙霧器7置于箱體支架內(nèi)的底板上。

如圖2所示，箱體支架1包括底板11、頂板12、推拉門13、后立板14、左側(cè)面15和右側(cè)面16，左側(cè)面15、后立板14和右側(cè)面16對應固定連接在底板11和頂板12之間，在底板11上表面的前邊緣設有滑道17，在左后角設有下軸套110。在頂板12下表面的前邊沿設有槽溝18，在左后角設有上軸套19。在槽溝18和滑道17之間設有推拉門13，推拉門13的左邊沿設有門把鎖116。在頂板12的右邊線上設有上卷軸111，在上卷軸111上設有上遮光布112，在右側(cè)面16的后邊線上設有右卷軸114，在右卷軸114上設有右遮光布115。在后立板14的右下方設有第一銷釘孔113。

如圖3所示，滑塊軸柱2包括帶槽導桿21、下圓柱軸22、上圓柱軸23和滑塊24，在帶槽導桿21的上下兩端分別連接上圓柱軸23和下圓柱軸22，在上圓柱軸23的上端設有轉(zhuǎn)動把手25，在帶槽導桿21的滑槽中設有滑塊24，在滑塊24上設有圓插孔26和彈簧鎖卡27。

如圖4所示，轉(zhuǎn)動機構(gòu)3包括橫桿31、圓直桿32、圓弧支腳33、圓軸管34和矩形橫桿39，在橫桿31的左端連接一段圓直桿32，在橫桿31的右端連接兩只圓弧支腳33，在兩只圓弧支腳33之間設有圓軸管34，在圓軸管34的外面設有圓軸套35，矩形橫桿39連接在圓軸套35上，在矩形橫桿39的右端設有圓螺栓310，在圓螺栓310上設有粗糙套環(huán)311和螺母312，粗糙套環(huán)312固定在圓螺栓310的里端。在圓軸套35的中部設有大圓齒輪36，在兩只圓弧支腳33之間設有伺服電機37，在伺服電機37的轉(zhuǎn)軸上設有小圓齒輪38，小圓齒輪38與大圓齒輪36嚙合。

如圖5所示，定位機構(gòu)4包括矩形直桿41、直角支桿42、圓環(huán)套43、圓軸桿44、轉(zhuǎn)盤45和管狀電機47，在矩形直桿41的一端連接圓環(huán)套43，另一端連接直角支桿42，在直角支桿42的外端垂直連接圓軸桿44，在圓軸桿44上依次設有三只管狀電機47和三只轉(zhuǎn)盤45，每只管狀電機47的轉(zhuǎn)子與一只轉(zhuǎn)盤45連接，每只轉(zhuǎn)盤45上都設有第二銷釘孔46。

如圖6所示，錐面射燈5包括圓盤底座51、外圓錐面罩52、內(nèi)圓錐面罩53、反光鏡54和彩燈泡55，在圓盤底座51的上圓面中心開有圓錐槽57，外圓錐面罩52的下底圓周與圓盤底座51的上圓面圓周相連，內(nèi)圓錐面罩53的下底圓周與圓錐槽57的圓周相連。在內(nèi)、外圓錐面罩之間設有反光鏡54和彩燈泡55，彩燈泡55是按紅綠藍順序排列，在圓盤底座51的下底面設有電路板56。

如圖7所示，平面射燈6包括左支架板61、右支架板62、上燈座底板63、下燈座底板64、上排燈65、下排燈66和圓套環(huán)67，上、下燈座底板63、64的兩端分別垂直固定在左、右支架板61、62的上下端并形成矩形框架，在上、下燈座底板63、64的邊線分別垂直固定上遮光板614和下遮光板613。在上燈座底板63上設有上反光鏡612和上排燈65；在下燈座底板64上設有下反光鏡611下排燈66。上、下排燈65、66都是按紅綠藍順序排列且處于同一個平面上。在右支架板62的外側(cè)設有旋轉(zhuǎn)燈架69，在旋轉(zhuǎn)燈架69上設有線形指示燈610，在左支架板61上設有圓套環(huán)67和接線板615，在圓套環(huán)67的環(huán)面上開有圓釘孔68。

如圖8所示，煙霧器7包括液體容器71、容器蓋73、噴氣頭74和噴霧開關76，液體容器71是底面封閉的剛性液體器皿，在液體容器71上設有圓開口72及氣體閥門77，在圓開口72上設有容器蓋73，在容器蓋73上端設有噴氣頭74，在容器蓋73內(nèi)有導管75穿過，在容器蓋73上設有噴霧開關76，導管75上端與噴氣頭74相連，中部與噴霧開關76相連，氣體閥門56有管口伸出用于注入氣體。

如圖9所示，控制鍵盤8包括鍵盤底板81、外平面射燈鍵82、中平面射燈鍵83、內(nèi)平面射燈鍵84、伺服電機鍵85、微電機鍵86和錐面射燈鍵89。

外平面射燈鍵82、中平面射燈鍵83、內(nèi)平面射燈鍵84分別對應與平面射燈6中的接線板615相連；伺服電機鍵85與轉(zhuǎn)動機構(gòu)3中的伺服電機37相連；微電機鍵86與定位機構(gòu)4中的管狀電機47相連；錐面射燈鍵89與錐面射燈5中的電路板56相連。

本發(fā)明的工作原理是，根據(jù)光合成及同軸多平面旋轉(zhuǎn)原理，將紅綠藍三種原色光源形成的圓錐面燈、平面燈，將內(nèi)中外三種平面燈套在同一轉(zhuǎn)軸上，通過兩種不同原色光合成新色光束，從而達到演示功能。

本發(fā)明具有演示圓錐截線的功能，操作步驟是：

a）：裝置合成：組裝煙霧器，打開煙霧器的容器蓋，向液體容器中注入液體后擰緊容器蓋，關閉噴霧開關，用打氣筒壓入足夠的空氣。系統(tǒng)組裝，打開箱體支架的推拉門，先把滑塊軸柱上的轉(zhuǎn)動把手卸下，將滑塊軸柱的上圓柱軸和下圓柱軸分別穿過箱體支架內(nèi)的上軸套和下軸套，把轉(zhuǎn)動把手擰上；將轉(zhuǎn)動機構(gòu)一端的圓直桿插入滑塊軸柱上滑塊的圓插孔內(nèi)，關閉彈簧鎖卡使滑塊固定，取兩只錐面射燈（分別記為W₁,W₂），按W₁朝上W₂朝下的方式固定在轉(zhuǎn)動機構(gòu)上的圓軸管內(nèi)，W₁與W₂的底相連，將W₁和W₂的內(nèi)圓錐面頂點記為點O₀，卸下圓螺栓上的螺母，將定位機構(gòu)的圓環(huán)套套在圓螺栓上并擰上螺母；取甲乙丙三種規(guī)格的平面射燈（分別記為L₁,L₂,L₃），按L₁在外L₂在中L₃在內(nèi)的順序套在一起，并使線形指示燈處于同一側(cè)，將三只平面射燈的圓環(huán)套按序分別套在定位機構(gòu)的三只轉(zhuǎn)盤上，在第一銷釘孔處用銷釘固定，將各電器的導線接入控制鍵盤的導線接口，用螺釘控制鍵盤固定在箱體支架的后立板上，將煙霧器置于暗箱底板上。

b）：初始狀態(tài)調(diào)整，打開滑塊軸柱中滑塊上的彈簧鎖卡，調(diào)整轉(zhuǎn)動機構(gòu)處于合適的高度后關閉彈簧鎖卡使滑塊固定，旋轉(zhuǎn)滑塊軸柱上的轉(zhuǎn)動把手將定位機構(gòu)上的原點O₀處在箱體支架的中部，并使點O₀分別在底板左側(cè)面后立板上的投影與其上的平面直角坐標系O_3xy、O_2xz、O_1yz的原點重合，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動機構(gòu)的橫桿使兩錐面射燈W₁和W₂的中心線與箱體支架的頂板垂直,投影分別與O_2xz、O_1yz的縱軸重合，打開錐面射燈的紅燈開關，松掉螺母轉(zhuǎn)動定位機構(gòu)在平面射燈接近錐面射燈W₁和W₂之間無紅光的位置時擰緊螺母使其固定，關閉錐面射燈的開關；打開一種平面射燈（綠燈）開關，轉(zhuǎn)動平面射燈上的線形指示燈與綠燈光線平行，打開伺服電機鍵在線形指示燈與左側(cè)面O_2xz平行時關閉，關閉平面射燈開關，抽拉上卷軸和右卷軸上的遮光布蓋住暗箱支架的頂板和右側(cè)面。

c）：演示空間曲面及其相互關系，打開錐面射燈的紅燈開關，把煙霧器置于光束下方打開噴氣開關，在煙霧反射下，通過前門開口看到黑暗的箱體內(nèi)顯示由紅色光束形成的圓錐面，變換燈光顏色能夠出現(xiàn)三色的圓錐面，關閉錐面射燈開關，打開外平面射燈紅色開關，看到紅色平面光束，再打開外平面射燈鍵，會看到紅色平面光束繞軸旋轉(zhuǎn)。

d）：演示圓錐截線，打開錐面射燈的紅燈開關，打開外平面射燈綠色開關，把煙霧器置于光束下方打開噴氣開關，打開外平面射燈鍵讓其轉(zhuǎn)動，綠色平面光束與紅色圓錐面光束相交，有黃色的光束出現(xiàn)，隨平面射燈的轉(zhuǎn)動黃色光束可以是雙曲線、拋物線、橢圓等。

e）：結(jié)束，關閉所有開關，旋轉(zhuǎn)滑塊軸柱上的轉(zhuǎn)動把手將定位機構(gòu)及其連接部件靠近箱壁，松開滑塊上的彈簧鎖卡將其移到底部并固定，關上推拉門并鎖住。

本發(fā)明具有同時演示多種圓錐截線的功能，操作步驟是：

一）、二）同上述演示圓錐截線中步驟a）、b）。

三）：同時演示多種圓錐截線，打開錐面射燈W₁和W₂的紅燈開關，把煙霧器置于光束下方打開噴氣開關，先打開外平面射燈L₁的綠色開關，開啟外平面射燈鍵讓其轉(zhuǎn)動，當L₁的光束只與W₁和W₂同側(cè)的母線相交時關閉外平面射燈鍵，由綠色光束和紅色光束合成的黃色曲線就是雙曲線；再打開L₂的藍色開關，開啟中平面射燈鍵讓其轉(zhuǎn)動，當L₂的光束只與W₁或W₂中一個的同側(cè)母線相交時關閉中平面射燈鍵，由藍色光束和紅色光束合成的品紅色曲線就是拋物線；最后打開L₃的綠色開關，開啟內(nèi)平面射燈鍵讓其轉(zhuǎn)動，當L₃的光束只與W₁或W₂所有母線相交時關閉內(nèi)平面射燈鍵，由綠色光束和紅色光束合成的黃色曲線就是橢圓。

四）：同時演示圓錐截線多方向的投影曲線，從正前方看三種圓錐截線在后立板O_1yz上的投影曲線，也有圓錐面的正視圖；關上推拉門，卷起右遮光布，透過透明的右側(cè)面能夠看到曲面及截線在O_2xz上的投影曲線，也有圓錐面的左視圖；關上推拉門，展開右遮光布，卷起上遮光布，透過透明的頂板能夠看到曲面及截線在O_3xy上的投影曲線，也有圓錐面的俯視圖。

五）：結(jié)束，關閉所有開關，旋轉(zhuǎn)滑塊軸柱上的轉(zhuǎn)動把手將定位機構(gòu)及其連接部件靠近箱壁，松開滑塊上的彈簧鎖卡將其移到底部并固定，卷遮光布，關上推拉門并鎖住。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。