專利名稱：三維可調式錐體上軌設計性實驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于錐體上滾的力學實驗裝置的技術領域，具體涉及三維可調式錐體上軌設計性實驗儀。
背景技術：
錐體上滾實驗儀是大、中學一種用來驗證機械能守恒定律的演示性力學實驗儀器，各種資料和遍布全國大、中學校物理實驗室，錐體上軌實驗儀普遍采用底座上固定兩個關于中心線為對稱的固定導軌和一個尺寸固定的雙圓錐體。用該裝置只能通過演示雙圓錐上軌過程給學生看，盡管也是通過雙圓錐體重心由高到低變化，來演示錐體上軌所產生的視角效果，通過重力做功使之重力勢能轉化為動能， 來驗證機械能守恒定律。但是，從培養(yǎng)學生能力方面遠遠無法達到預期目標，很難從實驗原理和雙錐體上軌運動機理角度，從更高、更深層次上理解錐體上滾的本質和內涵。這種傳統(tǒng)式錐體上軌實驗儀，只能作為視角上軌的一種演示性實驗，無法克服學生通過動手進行設計性實驗之目的。

實用新型內容針對現(xiàn)有技術存在的問題，本實用新型的目的在于設計提供三維可調式錐體上軌設計性實驗儀的技術方案，該實驗儀將錐體上軌的演示實驗就轉化為設計性實驗，提高學生的思考及動手設計能力。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，包括底座，其特征在于所述的底座上配合設置雙軌體裝置，所述的雙軌體裝置包括一端通過設置的雙錐體軌道轉動軸鉸接配合的雙錐體左軌道和雙錐體右軌道，所述的雙錐體左軌道和雙錐體右軌道的鉸接端連接設置輪盤裝置，輪盤裝置下端連接設置可調節(jié)高度的軌道軸下支撐桿，軌道軸下支撐桿通過設置的水平滑動底座滑動連接底座，所述的雙錐體左軌道和雙錐體右軌道相對鉸接端的另一端分別連接設置調節(jié)高度的軌道支撐桿，軌道支撐桿滑動連接底座。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的底座底部設置一組可調節(jié)高度的支腳，所述的支腳包括軸下支腳、左支腳和右支腳。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的底座上表面上固定設置水平滑軌和轉動滑軌，所述的水平滑軌上滑動配合設置水平滑動底座，所述的轉動滑軌上滑動配合設置軌道支撐桿。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的底座上固定設置用于調節(jié)水平的底座水平泡。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的雙錐體左軌道和雙錐體右軌道鉸接端上下交叉錯位連接。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的輪盤裝置包括與雙錐體軌道轉動軸連接的曲柄，曲柄下端連接轉動球體，轉動球體轉動配合設置于旋轉球殼中，旋轉球殼底部固定設置輪盤圓柱體，輪盤圓柱體通過設置的連接螺桿與軌道軸下支撐桿連接。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的軌道軸下支撐桿包括輪盤下支撐桿，輪盤下支撐桿上套接設置升降螺旋套，輪盤下支撐桿底部通過設置的固定螺絲III與水平滑動底座連接。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的雙錐體左軌道和雙錐體右軌道上分別通過設置的旋轉軸連接軌道支撐桿，所述的軌道支撐桿包括與旋轉軸固定連接的錐體軌道支撐桿，錐體軌道支撐桿上套接設置上下調節(jié)螺旋套，錐體軌道支撐桿底部通過設置的固定螺絲V可與底座固定連接。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的雙錐體左軌道和雙錐體右軌道的鉸接端上固定設置錐體軌道調節(jié)水平泡。所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的水平滑動底座上固定設置螺旋測微器。上述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，結構簡單，設計合理，在雙圓錐起滾 (低)端，采用輪盤裝置，為保證雙軌道在同一平面，采用交叉錯位切削，從而保證兩軌道既能在同一個平面，軌道平面又能通過對三支撐桿調節(jié)來實現(xiàn)；在雙軌道面調節(jié)水平后，根據所選擇的雙圓錐的高度，來確定雙軌道對稱轉動的位置，又能圍繞錐體軌道轉動軸轉動之目的；根據雙圓錐底面直徑和雙軌的夾角，以及實驗老師指定雙圓錐最終在軌道所停位置， 通過計算來確定鉸接端軌道軸下支撐桿下降高度，水平滑動底座向右推進距離，及輪盤球體的轉動共同來實現(xiàn)。本實用新型具有如下特點(1)可拆卸；(2)三維可調(雙軌道平面可調、雙軌道寬度可調、錐體雙軌道平面傾角可調)；(3)可供不同直徑、不同高度的雙圓錐作錐體上軌實驗，錐體高度可在4. 0-20. 0cm，不同直徑范圍變化的多種類型的雙圓錐體進行上軌設計性實驗。利用本實用新型學生在通過選擇不同直徑、不同高度的雙圓錐進行實驗時，都必須要經過嚴格地計算才能進行實驗，即原來的演示實驗就轉化為了設計性實驗。學生在利用該實驗儀做實驗時，要根據老師指定的雙圓錐直徑、高度與雙圓錐在導軌上滾動的長度，來推算軌道平面傾斜程度(與水平面間夾角)，或知道了軌道面傾角和雙圓錐的直徑與高度，來推算軌道寬度(或夾角)以及雙圓錐在軌道上滾動的末了位置，等等。來推算其它量來進行設計性實驗。

圖1為本實用新型中底座的俯視圖；圖2為本實用新型中底座的側視圖；圖3為本實用新型中底座的主視圖；圖4為本實用新型中水平滑動底座的俯視圖；圖5為本實用新型中水平滑動底座的側視圖；圖6為本實用新型中水平滑動底座的主視圖；圖7為本實用新型的結構示意圖；[0027]圖8為本實用新型的俯視圖；圖9為本實用新型中雙軌體裝置的分解圖。圖中1_底座；2-軸下支腳；3-左支腳；4-右支腳；5-底座水平泡；6_水平滑軌； 7-水平滑動底座；8-底座固定孔；9-螺旋測微器；10-軸下支撐桿固定孔；11-錐體軌道調節(jié)水平泡；12-雙錐體左軌道；13-雙錐體右軌道；14-雙錐體軌道轉動軸；15-曲柄；16-轉動球體；17-旋轉球殼；18-固定螺絲I ；19-輪盤圓柱體；20-連接螺孔；21-連接螺桿； 22-固定螺絲II ；23-輪盤下支撐桿；24-升降螺旋套；25-固定螺絲III ；26-旋轉軸；27-固定螺絲V ；28-錐體軌道支撐桿；29-上下調節(jié)螺旋套；30-固定螺絲VI ；31-轉動滑軌。
具體實施方式
以下結合說明書附圖來進一步說明本實用新型。如圖1-2所示，三維可調式錐體上軌設計性實驗儀包括底座1，底座1底部設置了一組可調節(jié)高度的支腳，支腳包括軸下支腳2、左支腳3和右支腳4。軸下支腳2位于底座中心線上，左支腳3和右支腳4分別位于底座中心線的兩側。底座1的高度可通過支腳進行調節(jié)。底座1的上表面上設置了水平滑軌6和轉動滑軌31。水平滑軌6上滑動設置了水平滑動底座7，水平滑動底座7的結構如圖4-6所示。水平滑動底座7上固定設置了螺旋測微器9，螺旋測微器9用于調節(jié)測量水平滑動底座7滑動的距離。水平滑動底座7兩側設置了底座固定孔8，底座固定孔8中通過螺絲與底座1連接。水平滑動底座7的中心設置軸下支撐桿固定孔10，軸下支撐桿固定孔10與軌道軸下支撐桿通過螺絲固定。轉動滑軌31上滑動配合設置軌道支撐桿。如圖7-9所示，底座1上配合設置雙軌體裝置，雙軌體裝置包括一端通過雙錐體軌道轉動軸14鉸接配合的雙錐體左軌道12和雙錐體右軌道13，并且為了保持雙錐體左軌道 12和雙錐體右軌道13處在同一水平面上，雙錐體左軌道12和雙錐體右軌道13鉸接端通過上下交叉錯位連接，即圓規(guī)結構。雙錐體左軌道12和雙錐體右軌道13的鉸接端還設置了用于調水平的錐體軌道調節(jié)水平泡11。雙錐體左軌道12和雙錐體右軌道13的鉸接端下方連接設置輪盤裝置，輪盤裝置包括與雙錐體軌道轉動軸14連接的曲柄15，曲柄15下端連接轉動球體16，轉動球體16轉動配合設置于旋轉球殼17中，并且轉動球體16通過固定螺絲I 18固定，旋轉球殼17底部固定設置輪盤圓柱體19，輪盤圓柱體19底部設置連接螺孔20，連接螺桿21螺接于連接螺孔20中，連接螺孔20下端與軌道軸下支撐桿連接。軌道軸下支撐桿包括輪盤下支撐桿23， 輪盤下支撐桿23通過固定螺絲II 22與連接螺桿21固定，輪盤下支撐桿23上套接設置升降螺旋套24，輪盤下支撐桿23底部通過設置的固定螺絲III 25與水平滑動底座7連接。雙錐體左軌道12和雙錐體右軌道13相對鉸接端的另一端分別固定設置了旋轉軸 26，旋轉軸26通過固定螺絲V 27連接軌道支撐桿的錐體軌道支撐桿28，錐體軌道支撐桿 28上套接設置上下調節(jié)螺旋套29，錐體軌道支撐桿28底部通過設置的固定螺絲VI 30可與底座1固定連接。使用調節(jié)方法[0038](1)首先，根據說明書“三維可調式錐體上軌設計性實驗儀”的實驗結構簡圖，組裝錐體上軌實驗儀；(2)通過調節(jié)軸下支腳2、左支腳3和右支腳4和觀察調節(jié)底座水平泡5，使底座1 水平；(3)合并雙錐體左軌道12和雙錐體右軌道13至平行狀態(tài)，上下調節(jié)軌道軸下支撐桿和軌道支撐桿的高度使之錐體軌道調節(jié)水平泡11處于圓圈中央；(4)根據老師所給條件，比如，雙圓錐底直徑、高度，以及錐體最終滾至位置，來推算其它參量；(5)根據所推算的相關參量，調節(jié)雙錐體左軌道12和雙錐體右軌道13寬度(即兩軌道間的夾角)；(6)調節(jié)軌道軸下支撐桿高度和水平滑動底座7水平推進位置，調節(jié)水平導軌平面傾斜度(所推算結果);在調節(jié)的過程中，保持軌道支撐桿高度不變，雙錐體左軌道12和雙錐體右軌道13僅圍繞與軌道支撐桿連接的旋轉軸轉動，旋轉軸下移，是通過支撐桿下移和轉動球體16轉動來實現(xiàn)；(7)調節(jié)各個環(huán)節(jié)后，鎖緊所有轉動處的固定螺絲；(8)將圓錐放至軌道低端處進行設計性實驗。
權利要求1.三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，包括底座(1)，其特征在于所述的底座(1)上配合設置雙軌體裝置，所述的雙軌體裝置包括一端通過設置的雙錐體軌道轉動軸(14)鉸接配合的雙錐體左軌道(12)和雙錐體右軌道(13)，所述的雙錐體左軌道(12)和雙錐體右軌道(13)的鉸接端連接設置輪盤裝置，輪盤裝置下端連接設置可調節(jié)高度的軌道軸下支撐桿，軌道軸下支撐桿通過設置的水平滑動底座(7)滑動連接底座(1 )，所述的雙錐體左軌道 (12)和雙錐體右軌道(13)相對鉸接端的另一端分別連接設置可調節(jié)高度的軌道支撐桿，軌道支撐桿滑動連接底座(1)。
2.如權利要求1所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的底座 (1)底部設置一組可調節(jié)高度的支腳，所述的支腳包括軸下支腳(2)、左支腳(3)和右支腳 (4)。
3.如權利要求1所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的底座 (1)上表面上固定設置水平滑軌(6)和轉動滑軌(31)，所述的水平滑軌(6)上滑動配合設置水平滑動底座(7)，所述的轉動滑軌(31)上滑動配合設置軌道支撐桿。
4.如權利要求1所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的底座 (1)上固定設置用于調節(jié)水平的底座水平泡(5 )。
5.如權利要求1所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的雙錐體左軌道(12)和雙錐體右軌道(13)鉸接端上下交叉錯位連接。
6.如權利要求1所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的輪盤裝置包括與雙錐體軌道轉動軸(14)連接的曲柄(15)，曲柄(15)下端連接轉動球體(16)，轉動球體(16)轉動配合設置于旋轉球殼(17)中，旋轉球殼(17)底部固定設置輪盤圓柱體(19)， 輪盤圓柱體(19)通過設置的連接螺桿(21)與軌道軸下支撐桿連接。
7.如權利要求1所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的軌道軸下支撐桿包括輪盤下支撐桿(23 )，輪盤下支撐桿(23 )上套接設置升降螺旋套(24 )，輪盤下支撐桿(23)底部通過設置的固定螺絲III(25)與水平滑動底座(7)連接。
8.如權利要求1所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的雙錐體左軌道(12)和雙錐體右軌道(13)上分別通過設置的旋轉軸(26)連接軌道支撐桿，所述的軌道支撐桿包括與旋轉軸(26)固定連接的錐體軌道支撐桿(28)，錐體軌道支撐桿(28)上套接設置上下調節(jié)螺旋套(29)，錐體軌道支撐桿(28)底部通過設置的固定螺絲VK30)可與底座(1)固定連接。
9.如權利要求1所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的雙錐體左軌道(12)和雙錐體右軌道(13)的鉸接端上固定設置錐體軌道調節(jié)水平泡(11)。
10.如權利要求1所述的三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，其特征在于所述的水平滑動底座(7)上固定設置螺旋測微器(9)。
專利摘要三維可調式錐體上軌設計性實驗儀，屬于錐體上滾的力學實驗裝置的技術領域。其包括底座，底座上配合設置雙軌體裝置，雙軌體裝置包括一端通過設置的雙錐體軌道轉動軸鉸接配合的雙錐體左軌道和雙錐體右軌道，雙錐體左軌道和雙錐體右軌道的鉸接端連接設置輪盤裝置，輪盤裝置下端連接設置可調節(jié)高度的軌道軸下支撐桿，軌道軸下支撐桿通過設置的水平滑動底座滑動連接底座，雙錐體左軌道和雙錐體右軌道相對鉸接端的另一端分別連接設置可調節(jié)高度的軌道支撐桿，軌道支撐桿滑動連接底座。該實驗儀將錐體上軌的演示實驗就轉化為設計性實驗，提高學生的思考及動手設計能力。
文檔編號G09B23/10GK202120486SQ20112022135
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權日2011年6月28日
發(fā)明者張銳波 申請人:張銳波, 浙江大學城市學院