專利名稱：李薩如圖形教學(xué)演示儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于物理教學(xué)演示儀，特別是能直觀演示描繪李薩如圖形的教學(xué)演示儀。
申請日以前有“示波器”能演李薩如圖形。
但示波器有不足之處，它就是質(zhì)點作相互垂直的簡諧振動的過程和李薩如圖形合成的過程，是通過電流的振動來實現(xiàn)的。由于電流振動的頻率很高，因此，肉眼根本無法觀察到互相垂直簡諧振動的物理過程和合成李薩如圖形的物理過程，直觀性差，學(xué)生理解尚難。本實用新型的目的針對上述情況，根據(jù)人的認(rèn)識規(guī)律總是從感性到理性，因此研制用機(jī)械的相互垂直的簡諧振動合成李薩如圖形。使相互垂直簡諧振動的速度和合成李薩如圖形的速度大大減慢，甚至其速度人工可以控制，使學(xué)生能夠直接觀察到質(zhì)點作相互垂直簡諧振動的物理過程和合成李薩如圖形的物理過程，還能觀察到李薩如圖形教學(xué)演示儀，它自動地把李薩如圖形描繪在一張白紙上，解決直觀性問題，改革教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，由框架、振動梁、齒輪組和裝有中空圓柱體筆桿座的四層槽軌描繪機(jī)構(gòu)所組成。框架是“田”字形，并且在其上橫梁5、下橫梁6、左豎梁16、右豎梁17的四條邊梁內(nèi)側(cè)，用銑床都銑了同等深度，相同寬度，相同長度，相互對稱的直向橫軌，20、21、22、23；所述的振動梁，由相互交叉成“十”字形狀的豎直振動梁1和水平振動梁7所組成，在豎直振動梁的上層設(shè)置有一條與其具有一定間距的補(bǔ)加梁13，沿著豎直振動梁和它的補(bǔ)加梁的直向，各開了一個長度相等、寬度相等、方向相同，在同一平面的直向槽軌4，豎直振動梁1通過其兩端上設(shè)置的滑塊，分別安裝在“田”字形框架的上橫梁5、下橫梁6兩條邊梁內(nèi)側(cè)設(shè)置的直向槽軌20、21之內(nèi)，使其與上橫梁，下橫梁，實現(xiàn)滑動配合，在水平振動梁的上層設(shè)置有一條與其具有一定間距的補(bǔ)加梁，沿著水平振動梁和它的補(bǔ)加梁的直向，各開了一條長度相等，寬度相等，方向相同，在同平面的直向槽軌，水平振動梁7通過其兩端上設(shè)置的滑塊，分別安裝在“田”字形框架的左豎梁16，右豎梁17兩條邊梁內(nèi)側(cè)設(shè)置的直向槽軌22、23內(nèi)，使其與左豎梁，右豎梁實現(xiàn)滑動配合，豎直振動梁1在水平振梁7和它的補(bǔ)加梁14之間，滑動配合，水平振動梁7的補(bǔ)加梁14在豎直振動梁1和它的補(bǔ)加梁13之間，滑動配合。
所述的齒輪組，由轉(zhuǎn)軸固定在中橫梁15上的齒輪2、轉(zhuǎn)軸固定在中豎梁18上的齒輪8、轉(zhuǎn)軸固定在中橫梁和中豎梁交接處上的中介齒輪10進(jìn)行傳動配合所組成；轉(zhuǎn)軸固定在中橫梁15上的齒輪2通過其邊緣上設(shè)置的一個圓柱形支柱3裝置在豎直振動梁的直向槽軌4之內(nèi)，實現(xiàn)滑動配合，轉(zhuǎn)軸固定在中豎梁18上的齒輪8，通過其邊緣上設(shè)置的一個圓柱形支柱9裝置在水平振動梁的直向槽軌之內(nèi)，實現(xiàn)滑動配合；所述描繪機(jī)構(gòu)，動畫筆桿插在中空圓柱體筆桿座12的中空之內(nèi)，中空圓柱體筆桿座安裝在豎直振動梁1和它的補(bǔ)加梁13的直向槽軌、水平振動梁7和它的補(bǔ)加梁14的直向槽軌交叉處，由四層槽軌所構(gòu)成的方孔11之內(nèi)，中空圓柱體筆桿座12與四層槽軌所構(gòu)成的方孔11實行滑動配合。
中空圓柱體筆桿座12隨豎直振動梁1和水平振動梁7的交叉處的運動而運動，因此動畫筆把交叉處的軌跡李薩如圖形演示、描繪在一張白紙上，達(dá)到本實用新型演示儀研制的目的。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。


圖1，利用“參考圓”推證一個質(zhì)點做簡諧振動的圖。
圖2，利用“參考圓”推證一條線做簡諧振動的圖。
圖3，豎直振動梁1及其補(bǔ)加梁13的位置關(guān)系圖。
圖4，為豎直振動梁1及其補(bǔ)加梁13，水平振動梁7及其補(bǔ)加梁14和中空園柱體筆桿座12的位置關(guān)系圖。
附圖5，為本實用新型整體結(jié)構(gòu)原理簡圖。
本實用新型的基本理原是根據(jù)物理教材內(nèi)容，利用“參考圓”研究彈簧振子振動規(guī)律的方法，半徑為RA的質(zhì)點M，作勻速速圓運動時，質(zhì)點M在X軸上的投影P的位移是x。
圖1x=RACOSa 該方程是簡諧振動的方程，即M在X軸上投影P點的運動是簡諧振動，平衡位置在X軸的原點，即圓心OA處，RA是P點作簡諧振動的振幅。T1是質(zhì)點M做勻速圓周運動的周期，也是P點做簡諧振動周期。
φ1是質(zhì)點M在時間t=0時，RA與X軸之間的夾角，也是t=0時，P點作簡諧振動的初相。
如果把投影直線MP延長，圖2，延長后的投影直線用S來表示，在S上取任意一點P’，則P’在平行于OAP的直線上的O’P’直線上來回振動，平衡拉置在O’，即過OA的y軸的直線上。根據(jù)PP’//OAO’，x’//x∵O’P’=OAP=xP’的位移方程也是x′=RACOS(2ππt+Φ1)]]>即P’是任意選定的，因此投影直線S上各點，都作相等的簡諧振動，振動方程都是x=RACOS(2πt/T1+φ1)，如果在圖3中用一根豎直振動梁1始終與振動投影直線S重合，則豎直振動梁1上的任何一點作與P點完全相等的簡諧振動，這樣，從理論到了實踐。
圖5為本實用新型李薩如圖形教學(xué)演示儀的整體結(jié)構(gòu)原理簡圖。
它由框架、振動梁、齒輪組和裝有中空圓柱體筆桿座的四層槽軌描繪機(jī)構(gòu)所組成?？蚣苁恰疤铩弊中危缮蠙M梁5、下橫梁6、左豎梁16、右豎梁17、中橫梁15、中豎梁18所組成。并且在其上橫梁5、下橫梁6、左豎梁16、右豎梁17的四條邊梁內(nèi)側(cè)，用銑床都銑了同等深度，相同寬度，相同長度，相互對稱的直向橫軌，20、21、22、23；所述的振動梁，由相互交叉成“十”字形狀的豎直振動梁1和水平振動梁7所組成，在豎直振動梁的上層設(shè)置有一條與其具有一定間距的補(bǔ)加梁13，圖3，沿著豎直振動梁和它的補(bǔ)加梁的直向，各開了一個長度相等、寬度相等、方向相同，在同一平面的直向槽軌4，是用同步加工方法，用銑床銑出來的精密笪合，比較光滑；見圖5，豎直振動梁1通過其兩端上設(shè)置的滑塊，分別安裝在“田”字形框架的上橫梁5、下橫梁6兩條邊梁內(nèi)側(cè)設(shè)置的直向槽軌20、21之內(nèi)，使其與上橫梁，下橫梁，實現(xiàn)滑動配合，使豎直振動梁1在振動過程中始終與圖2中的S重合，使豎直振動梁1上的各個質(zhì)點沿X軸方向都作相等的簡諧振動，在水平振動梁7的上層設(shè)置有一條與其具有一定間距的補(bǔ)加梁，沿著水平振動梁和它的補(bǔ)加梁的直向，各開了一條長度相等，寬度相等，方向相同，在同平面的直向槽軌，水平振動梁7通過其兩端上設(shè)置的滑塊，分別安裝在“田”字形框架的左豎梁16，右豎梁17兩條邊梁內(nèi)側(cè)設(shè)置的直向槽軌22、23內(nèi)，使其與左豎梁，右豎梁實現(xiàn)滑動配合，它的加工方法和作用跟豎直振動梁1同。
所述的齒輪組，由轉(zhuǎn)軸固定在中橫梁15上的齒輪2、轉(zhuǎn)軸固定在中豎梁18上的齒輪8、轉(zhuǎn)軸固定在中橫梁和中豎梁交接處上的中介齒輪10進(jìn)行傳動配合所組成；轉(zhuǎn)軸固定在中橫梁15上的齒輪2在其邊緣上設(shè)置一個圓柱形支柱3，通過齒輪傳動，使圓柱形支柱3做勻速圓周運動，使齒輪2和圓柱形支柱3具有“參考圓”功能的作用，圓柱形支柱3裝置在豎直振動梁的直向槽軌4之內(nèi)，實現(xiàn)滑動配合，傳動豎直振動梁1上各個質(zhì)點都沿X軸方向作相等的簡諧振動，振動方程為x=R3COS(2ππt+φ1)]]>R3是圓柱形支柱3的轉(zhuǎn)動半徑。
轉(zhuǎn)軸固定在中豎梁18上的齒輪8，通過其邊緣上設(shè)置的一個圓柱形支柱9裝置在水平振動梁的直向槽軌之內(nèi)，實現(xiàn)滑動配合，傳動水平振動梁7上各點沿Y軸方向也都作相等的簡諧振動，圖5。
振動方程y=R9COS(2πt/t2+φ2)，R9是圖5中轉(zhuǎn)軸固定在中豎梁18上的齒輪8邊緣的圓柱形支柱9到齒輪8轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動半徑，振動梁7上各點作簡諧振動的平衡位置，在過齒輪8圓心的水平直線上，齒輪8上面的圓柱形支柱9的轉(zhuǎn)動半徑，也是振幅，T2是周期，φ2是初相。齒輪2與齒輪8的傳動是通過中介齒輪10傳動的。
齒輪2、齒輪8、中介齒輪10三個齒輪勻速轉(zhuǎn)動過程中豎直的振動梁1上的質(zhì)點和水平的振動梁7上的質(zhì)點作相互垂直的簡諧振動，交點11的軌跡，就是李薩如圖形。
所述裝有中空圓柱體筆桿座的四層槽軌交叉描繪機(jī)構(gòu)的裝配結(jié)構(gòu)是；豎直振動梁1在水平振動梁7和它的補(bǔ)加梁14的兩條直梁之間滑動配合，見圖4；水平振動梁7的補(bǔ)加梁14在豎直振動梁1和它的補(bǔ)架梁13之間，滑動配合。(圖4的繪制，把圖5中水平振動梁7旋轉(zhuǎn)90°，再裝配中空園柱體筆桿座12后繪的左視剖視圖)。因此，在圖5中，豎直振動梁1和水平振動梁7交叉的11處，有四層都有槽軌的梁，構(gòu)成一個有一定深度的正方形的方孔，即圖5中交點11的位置。中空圓柱體筆桿座12，安裝在交叉11處的方孔之內(nèi)，見圖4。這種結(jié)構(gòu)就是裝有中空圓柱體筆桿座的，四層槽軌交叉描繪機(jī)構(gòu)。中空圓柱體筆桿座，無論向何方歪偏，都有兩個起支點作用的梁支持，使它不能歪偏。因此，插在中空圓柱體筆桿座12內(nèi)的動畫筆能準(zhǔn)確、流暢地把圖5中交叉11處合成李薩如圖形的軌跡畫在一張白紙上。
在操作過程中，可以把齒輪2、齒輪8、中介齒輪10其中任何一個齒輪當(dāng)作主動輪，傳動速度人工隨意控制。因此，在圖5中，豎直振動梁1和水平振動梁7各質(zhì)分別作相互垂直簡諧振動的物理過程和合成李薩如圖形軌跡的交點11的物理過程，肉眼都可以觀察得很清楚了
用不同半徑的備用齒輪組，替代轉(zhuǎn)軸固定在中豎梁上的齒輪8，則可改變互相垂直簡諧振動周期之比。
改變圓柱支柱3或圓柱形支柱9的轉(zhuǎn)動半徑的大小，則可改變作簡諧振動的振幅。時間t=0，改變圓柱支柱3或圓柱形支柱9的徑向與水平方向角度，則改變作簡諧振動的初相。
李薩如圖形教學(xué)演示儀，無論中介齒輪10是否作勻速圓周運動，李薩如圖形不變。這是該演示儀的又一特征。
效果第一，具有新穎性。至申請日之前，在國內(nèi)尚未公開使用過該類型的演示儀器。
第二，具有創(chuàng)造性。申請日以前“示波器”利用相互垂直作簡諧振動的電流的振動，可以演示李薩如圖形，但由于振動電流的頻率過高，相互垂直簡諧振動過程和合成李薩如圖形的合成過程，肉眼根本無法觀察清楚，直觀性差，李薩如圖形教學(xué)演示儀，用機(jī)械的相互垂直的簡諧振動合成李薩如圖形，人工可以控制振動頻率的快慢。因此，肉眼可以直接觀察清楚，相互垂直簡揩振動的物理過程和李薩如圖形合成的物理過程，非常直觀，這是創(chuàng)造性之一。
該演示儀通過特殊的四層槽軌交叉描繪機(jī)構(gòu)，可以使動畫筆把李薩如圖形合成過程畫在一張自紙上，這是創(chuàng)造性之二。
第三，具有實用性。作為大學(xué)、?？茖W(xué)校、中等專業(yè)學(xué)校、普通高中等學(xué)校物理教學(xué)中的演示儀，還能作為大學(xué)(數(shù)學(xué)、物理)教學(xué)演學(xué)儀。改革課堂教學(xué)手段，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，學(xué)校多，需求也多，這是實用性之一。同時，在科學(xué)研究上，研究互成任意角度時，不同周期，不同初相，不同振幅簡諧振動的合成圖形，提供了解決問題的方法和途徑，這是實用性之二。
四層槽軌交叉描繪機(jī)構(gòu)，是一種具有新穎性、創(chuàng)造性和實用性的新的傳動機(jī)構(gòu)，在李薩職圖形教學(xué)演示儀中，具有自動描繪功能。為其它方面設(shè)計類似自動描繪機(jī)構(gòu)提供了一種新的設(shè)計思路和解決問題的途徑。
以上就是“李薩各圖形教學(xué)演示儀”的效果。
權(quán)利要求1．一種李薩如圖形教學(xué)演示儀，由框架、振動梁、齒輪組和描繪機(jī)構(gòu)順序地機(jī)械構(gòu)造連接，其特征是所述的框架呈“田”字形，并且在其上橫梁(5)、下橫梁(6)、左豎梁(16)、右豎梁(17)沿每一條梁的內(nèi)側(cè)的直向，都開了一條同等深度、相同長度、相同寬度、相互對稱的直向槽軌(20)、(21)、(22)、(23)；所述的振動梁，由相互交叉成“十”字形狀的豎直振動梁(1)和水平振動梁(7)所組成，在豎直振動梁的上層設(shè)置有一條與其具有一定間距的補(bǔ)加梁(13)，沿著豎直振動梁和它的補(bǔ)加梁的直向，各開了一個長度相等、寬度相等、方向相同，在同一平面的直向槽軌(4)，豎直振動梁(1)通過其兩端上設(shè)置的滑塊，分別安裝在“田”字形框架的上橫梁(5)、下橫梁(6)兩條邊梁內(nèi)側(cè)設(shè)置的直向槽軌(20)、(21)內(nèi)，使其與上橫梁，下橫梁，實現(xiàn)滑動配合，在水平振動梁的上層設(shè)置有一條與其具有一定間距的補(bǔ)加梁，沿著水平振動梁和它的補(bǔ)加梁的直向，各開了一條長度相等，寬度相等，方向相同，在同平面的直向槽軌，水平振動梁(7)通過其兩端上設(shè)置的滑塊，分別安裝在“田”字形框架的左豎梁(16)，右豎梁(17)兩條邊梁內(nèi)側(cè)設(shè)置的直向槽軌(22)、(23)內(nèi)，使其與左豎梁，右豎梁實現(xiàn)滑動配合，豎直振動梁(1)在水平振梁(7)和它的補(bǔ)加梁(14)之間，滑動配合，水平振動梁(7)的補(bǔ)加梁(14)在豎直振動梁(1)和它的補(bǔ)加梁(13)之間，滑動配合；所述的齒輪組，由轉(zhuǎn)軸固定在中橫梁(15)上的齒輪(2)、轉(zhuǎn)軸固定在中豎梁(18)上的齒輪(8)、轉(zhuǎn)軸固定在中橫梁和中豎梁交接處上的中介齒輪(10)進(jìn)行傳動配合所組成；轉(zhuǎn)軸固定在中橫梁(15)上的齒輪(2)通過其邊緣上設(shè)置的一個圓柱形支柱(3)裝置在豎直振動梁的直向槽軌(4)之內(nèi)，實現(xiàn)滑動配合，轉(zhuǎn)軸固定在中豎梁(18)上的齒輪(8)，通過其邊緣上設(shè)置的一個圓柱形支柱(9)裝置在水平振動梁的直向槽軌之內(nèi)，實現(xiàn)滑動配合；所述描繪機(jī)構(gòu)，動畫筆桿插在中空圓柱體筆桿座(12)的中空之內(nèi)，中空圓柱體筆桿座安裝在豎直振動梁(1)和它的補(bǔ)加梁(13)的直向槽軌、水平振動梁(7)和它的補(bǔ)加梁(14)的直向槽軌交叉處，由四層槽軌所構(gòu)成的方孔(11)之內(nèi)，中空圓柱體筆桿座(12)與四層槽軌所構(gòu)成的方孔(11)實行滑動配合。
專利摘要一種可控轉(zhuǎn)速,作機(jī)械相互垂直簡諧振動的,自動把圖形描繪在紙上的李薩如圖形教學(xué)演示儀。它是由齒輪(2)上的支柱(3)傳動豎直振動梁(1)沿水平方向做筒諧振動。齒輪(8)上的支柱(9)傳動水平振動梁(7)沿豎直方向作簡諧振動,在其交點(11)處合成李薩如圖形。振動梁(1)和它上層的補(bǔ)架梁與振動梁(7)和它上層的補(bǔ)加梁,沿其直向都有一條槽軌,四層槽軌交叉安裝,交點(11)處,裝置中空圓柱體筆桿座,構(gòu)成四層槽軌交叉描繪機(jī)構(gòu),筆自動把圖形描繪在紙上。
文檔編號G09B23/10GK2313258SQ9720929
公開日1999年4月7日 申請日期1997年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月24日
發(fā)明者陳楚南, 陳華林 申請人:陳楚南, 陳華林