本發(fā)明涉及物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種情景體驗(yàn)式秋千擺。

背景技術(shù)：

秋千擺模型是物理教學(xué)中常見(jiàn)的一種模型，蕩秋千以及使秋千越蕩越高的過(guò)程蘊(yùn)含著豐富的物理知識(shí)，如阻尼振動(dòng)、共振、力矩做功、功能原理等。蕩秋千是一種自激振蕩現(xiàn)象，蕩秋千以及使秋千越蕩越高的過(guò)程蘊(yùn)含著豐富的物理知識(shí)。生活中的秋千比較大型，不宜把如此大型的秋千直接搬進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種情景體驗(yàn)式秋千擺，把真人蕩秋千的過(guò)程搬到物理課堂，經(jīng)過(guò)學(xué)生的親身體驗(yàn)，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，從而對(duì)蕩秋千過(guò)程蘊(yùn)含的物理知識(shí)產(chǎn)生認(rèn)知需要，進(jìn)而在老師的引導(dǎo)下學(xué)習(xí)其豐富的物理知識(shí)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案：一種情景體驗(yàn)式秋千擺，其特征在于：所述情景體驗(yàn)式秋千擺包括平板形狀的底座，底座上部固定安裝有支撐架，支撐架與底座垂直，支撐架內(nèi)部安裝有秋千架，秋千架上安裝有機(jī)器人，機(jī)器人與安裝在秋千架底部的控制電路通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，控制電路配有一個(gè)可遙控的控制器。

該情景體驗(yàn)式秋千擺的操作方法為首先裝好控制器，在情景體驗(yàn)式秋千擺附近進(jìn)行體驗(yàn)，開(kāi)始時(shí)，秋千架和機(jī)器人均處于平衡位置保持靜止不動(dòng)，然后通過(guò)體驗(yàn)者的起立或蹲下來(lái)同步操控機(jī)器人的起立或彎腰的動(dòng)作，最終使得整個(gè)秋千架擺動(dòng)起來(lái)，并且使其擺動(dòng)的振幅越來(lái)越大。

采用以上技術(shù)方案的有益效果是：該情景體驗(yàn)式秋千擺結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大部分材料容易選取，易于操作，便于制作推廣。該裝置通過(guò)小機(jī)器人模擬真人蕩秋千的過(guò)程，具有形象生動(dòng)、直觀性強(qiáng)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、可見(jiàn)度大，實(shí)驗(yàn)演示成功率高、可重復(fù)操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該裝置操作非常簡(jiǎn)單，體驗(yàn)者只要通過(guò)起立或蹲下便可同步操作智能機(jī)器人的行為，從而實(shí)現(xiàn)蕩秋千的過(guò)程。通過(guò)體驗(yàn)者的親自體驗(yàn)，能夠快速、集中地給學(xué)生以認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象和規(guī)律所必須的感性知識(shí)，幫助學(xué)生在頭腦里形成正確的物理圖景，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)于進(jìn)一步探索或驗(yàn)證相關(guān)的物理規(guī)律起到了很好鋪墊作用。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

圖1是本發(fā)明情景體驗(yàn)式秋千擺的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-支撐架、2-秋千架、3-底座、4-機(jī)器人、5-控制電路、6-控制器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明情景體驗(yàn)式秋千擺的優(yōu)選實(shí)施方式。

結(jié)合圖1出示本發(fā)明情景體驗(yàn)式秋千擺的具體實(shí)施方式：該情景體驗(yàn)式秋千擺包括平板形狀的底座3，底座3上部固定安裝有支撐架1，支撐架1與底座3垂直，支撐架1內(nèi)部安裝有秋千架2，秋千架2上安裝有機(jī)器人4，機(jī)器人4與安裝在秋千架2底部的控制電路5通過(guò)數(shù)據(jù)線連接，控制電路5配有一個(gè)可遙控的控制器6?？赏ㄟ^(guò)控制器6遙控控制電路5，最終帶動(dòng)機(jī)器人4運(yùn)動(dòng)起來(lái)。

如圖1所示，該情景體驗(yàn)式秋千擺的操作方法為首先裝好控制器6，在情景體驗(yàn)式秋千擺附近進(jìn)行體驗(yàn)，開(kāi)始時(shí)，秋千架2和機(jī)器人4均處于平衡位置保持靜止不動(dòng)，然后通過(guò)體驗(yàn)者的起立或蹲下來(lái)同步操控機(jī)器人4的起立或彎腰的動(dòng)作，最終使得整個(gè)秋千架2擺動(dòng)起來(lái)，并且使其擺動(dòng)的振幅越來(lái)越大。

該情景體驗(yàn)式秋千擺可講解的實(shí)驗(yàn)原理有：

1.阻尼振動(dòng)

簡(jiǎn)諧振動(dòng)是一種理想化的振動(dòng)。秋千擺的擺動(dòng)的過(guò)程不可避免地要受到摩擦和其他阻力，即受到阻尼振動(dòng)的作用，它克服阻尼的作用做功，機(jī)械能逐漸減小，從而振動(dòng)的振幅也逐漸減小。這是秋千擺不收外力驅(qū)動(dòng)下會(huì)漸漸停下來(lái)的原因。

2.共振

外力要對(duì)秋千擺做功，最重要的條件是外力推引要和秋千擺動(dòng)的節(jié)奏相合。秋千的擺動(dòng)有一個(gè)節(jié)奏，外力的推引有一個(gè)節(jié)奏，兩個(gè)節(jié)奏要相合秋千才會(huì)越來(lái)越高，符合這種條件稱為共振。

3.力矩做功

秋千擺是一個(gè)力學(xué)系統(tǒng)。所受的外力有兩個(gè)：一個(gè)是向下的重力，另一個(gè)是懸掛點(diǎn)的約束力，其方向總是沿著秋千繩和秋千擺的運(yùn)動(dòng)方向垂直。所以只有重力在做“推引”，蕩秋千時(shí)人的軸線是沿著秋千繩的，這樣作用于重心的重力在秋千上升時(shí)，對(duì)懸掛點(diǎn)的力矩就比下降時(shí)的小，所以一上一下力矩所做的總功為正，由于秋千擺每一來(lái)回都有能量輸入，這使得秋千擺越蕩越高。

4.功能原理

質(zhì)點(diǎn)系機(jī)械能的增量等于外力所做的功與非保守內(nèi)力的功的代數(shù)和。蕩秋千時(shí)外力雖然不做功，但機(jī)器人體型變化時(shí)非保守內(nèi)力做功。只要一次擺動(dòng)中非保守內(nèi)力做正功，系統(tǒng)的機(jī)制能必定增加。

在學(xué)習(xí)功能關(guān)系、動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)換的知識(shí)或者單擺的內(nèi)容后，可以利用該裝置來(lái)演示相關(guān)過(guò)程，從而引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)來(lái)分析蕩秋千的每個(gè)過(guò)程以及秋千越蕩越高的原因，進(jìn)而達(dá)到加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解、增強(qiáng)應(yīng)用知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力并達(dá)到鞏固知識(shí)的目的。通過(guò)我們的教具，引導(dǎo)學(xué)生從“知”的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)“未知”。從而不再覺(jué)得物理理論是空中樓閣，可望不可及，真正成了“物理的主人”。這樣就可以激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣，學(xué)好物理的信心也就樹(shù)立起來(lái)。該裝置還可以應(yīng)用于健身房中以及娛樂(lè)場(chǎng)所中。

以上的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。