空間彎曲模型演示器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間彎曲模型演示器，屬于教學(xué)儀器，尤其是利用橡皮膜翹曲想象比喻引力所造成的空間彎曲的空間彎曲模型演示器。
【背景技術(shù)】
[0002]廣義相對(duì)論是愛因斯坦于1916年發(fā)表的用幾何語言描述的引力理論，它代表了現(xiàn)代物理學(xué)中引力理論研究的最高水平。廣義相對(duì)論將經(jīng)典的牛頓萬有引力定律包含在狹義相對(duì)論的框架中，并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用等效原理而建立。愛因斯坦的廣義相對(duì)論給出時(shí)空與物質(zhì)之間的關(guān)系和它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，時(shí)空的彎曲性質(zhì)依賴于物質(zhì)的分布和運(yùn)動(dòng)，引力被描述為時(shí)空的一種幾何屬性(曲率)；用彎曲的時(shí)空代替引力的作用，時(shí)空曲率大也就是引力場(chǎng)強(qiáng)，平直時(shí)空就是引力場(chǎng)強(qiáng)為零的時(shí)空。1919年，在一次日食期間，人們把太陽位于空間某處時(shí)近太陽的某些恒星的位置與太陽不在此處時(shí)這些恒星的位置進(jìn)行了比較，檢驗(yàn)了愛因斯坦這一理論的正確性。廣義相對(duì)論是一種全新的時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀和物質(zhì)觀，這種觀點(diǎn)的形成，是人類思想發(fā)展史中的一次根本性變革，對(duì)整個(gè)自然科學(xué)和哲學(xué)都產(chǎn)生了及其深遠(yuǎn)的影響。但是，普通高中教學(xué)中存在以下問題:
[0003]1、現(xiàn)行普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書歷史必修第三冊(cè)，第七專題第一節(jié)《近代物理學(xué)的奠基人和革命者》，教材中愛因斯坦的“時(shí)空”標(biāo)題下寫到:“廣義相對(duì)論認(rèn)為，物質(zhì)存在的現(xiàn)實(shí)空間不是平坦的，而是彎曲的，空間的結(jié)構(gòu)取決于物質(zhì)的質(zhì)量及其分布情況，空間彎曲的程度體現(xiàn)為引力場(chǎng)強(qiáng)度?？臻g、時(shí)間不是獨(dú)立的實(shí)在，它們是物質(zhì)存在的形式?！焙芏鄬W(xué)生難以理解，教師在講解時(shí)也缺少形象的教學(xué)演示儀器。
[0004]2、根據(jù)學(xué)生的愛好，在對(duì)普通高中部分學(xué)生進(jìn)行近代物理學(xué)史和相對(duì)論等知識(shí)的科普講座中，由于缺少教學(xué)演示儀器及學(xué)生的認(rèn)知水平的限制，學(xué)生對(duì)廣義相對(duì)論的空間彎曲缺少想象，理解理論有一定難度；學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種空間彎曲模型演示器，利用橡皮膜翹曲形象比喻引力所造成的彎曲空間，借助電子投影儀，模擬演示運(yùn)動(dòng)球體經(jīng)過沒有引力場(chǎng)的平直空間和經(jīng)過存在引力場(chǎng)的彎曲空間時(shí)球體運(yùn)行軌跡的差別，并與經(jīng)典力學(xué)中由于存在萬有引力行星繞恒星的運(yùn)行軌跡相對(duì)比，以此說明引力場(chǎng)的存在，即引力場(chǎng)周圍的空間是彎曲的。演示操作簡(jiǎn)單，演示現(xiàn)象直觀、形象、消耗少。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明利用印刷有方格子的橡皮膜蒙在底面為正方形的長(zhǎng)方體支架上，橡皮膜不受壓力時(shí)表面是平直的，形象比喻沒有引力場(chǎng)的平直空間，運(yùn)動(dòng)球體經(jīng)過沒有引力場(chǎng)的平直空間運(yùn)行軌跡符合牛頓第一定律；當(dāng)橡皮膜承受支撐桿的壓力時(shí)，橡皮膜翹曲、變形，支撐桿的壓力越大，橡皮膜翹曲、變形的程度越大，形象比喻為引力場(chǎng)強(qiáng)度越大，空間彎曲程度(曲率)越大，以一定速度運(yùn)動(dòng)的球體進(jìn)入存在引力場(chǎng)的彎曲空間時(shí)球體運(yùn)行軌跡是曲線(引力場(chǎng)等效于加速場(chǎng))，調(diào)整球體的運(yùn)動(dòng)速度，可以使球體運(yùn)行軌跡是圓或橢圓，借助電子投影儀和輔助光源，將球體運(yùn)行軌跡投影在屏幕上，以便于與經(jīng)典力學(xué)中由于存在萬有引力行星繞恒星的運(yùn)行軌跡相對(duì)比，以此說明引力場(chǎng)的存在，即引力場(chǎng)周圍的空間是彎曲的；長(zhǎng)方體支架的上底面有正方形的卡槽，卡槽內(nèi)有帶卡口的硬橡膠棒，硬橡膠棒卡口內(nèi)有壓條，卡槽上有固定硬橡膠棒的八個(gè)卡簧，給橡皮膜施壓的支撐桿下端有一橡膠吸盤，支撐桿可調(diào)高度，并固定在可以升降的支撐桿支架上，支撐桿支架插入長(zhǎng)方體支架的一個(gè)支腿中，長(zhǎng)方體支架四個(gè)支腿下都有橡膠墊；長(zhǎng)方體支架外有一個(gè)帶有拉鏈并有內(nèi)兜的避光、便攜軟包裝箱。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:通過空間彎曲模型演示器的模擬演示實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生形象的感知引力場(chǎng)周圍的空間是彎曲的，加深學(xué)生對(duì)相對(duì)論的理解，有利于學(xué)生形成科學(xué)的時(shí)空觀、運(yùn)動(dòng)觀和物質(zhì)觀，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)?？臻g彎曲模型演示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可手持演示器在教室內(nèi)移動(dòng)，全方位觀看，可見度大，現(xiàn)象直觀、明顯，造價(jià)低廉，演示安全，牢固耐用，易于推廣。
【附圖說明】
[0008]圖1為空間彎曲模型演示器的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖2為帶卡口的硬橡膠棒剖面放大圖。
[0010]101為可以升降的支撐桿支架，102為支撐桿支架固定螺絲，103為支撐桿固定螺絲，104為支撐桿下端的橡膠吸盤，105為固定硬橡膠棒的卡簧，106為正方形的卡槽，107為長(zhǎng)方體支架，108為印刷有方格子的橡皮膜。
[0011]201為帶卡口的硬橡膠棒，202為卡口內(nèi)的壓條。
【具體實(shí)施方式】
[0012]在圖1實(shí)施例中，可以升降的支撐桿支架(101)，支撐桿支架固定螺絲(102)，支撐桿及支撐桿固定螺絲(103)，正方形的卡槽(106)，長(zhǎng)方體支架(107)均采用不銹鋼材質(zhì)，印刷有方格子的橡皮膜(108)選用彈性好的天然膠乳橡皮膜；長(zhǎng)方體支架高23cm，上底面正方形邊長(zhǎng)35cm,卡槽寬、深均為2cm。
[0013]在圖2實(shí)施例中，卡口內(nèi)的壓條(202)選用強(qiáng)度高、彈性好的玻璃鋼材質(zhì)。
[0014]附件有小鋼球3個(gè)，易損件有印刷有方格子的橡皮膜5張，分別封裝在易拉口塑料袋內(nèi)。
[0015]空間彎曲模型演示器長(zhǎng)期不用時(shí)，將支撐桿橡皮膜及取下，橡皮膜放入易拉口塑料袋內(nèi)，放在包裝箱內(nèi)兜中，隔氧避光保存。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種空間彎曲模型演示器，包括底面為正方形的長(zhǎng)方體支架，印刷有方格子的橡皮膜、正方形的卡槽及帶卡口的硬橡膠棒，其特征是:利用印刷有方格子的橡皮膜蒙在底面為正方形的長(zhǎng)方體支架上，橡皮膜不受壓力時(shí)表面是平直的，當(dāng)橡皮膜承受支撐桿的壓力時(shí)，橡皮膜翹曲、變形，球體可以在橡皮膜上滾動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間彎曲模型演示器其特征是:長(zhǎng)方體支架的上底面有正方形的卡槽，卡槽內(nèi)有帶卡口的硬橡膠棒，硬橡膠棒卡口內(nèi)有壓條，卡槽上有固定硬橡膠棒的八個(gè)卡簧，給橡皮膜施壓的支撐桿下端有一橡膠吸盤，支撐桿可調(diào)高度，并固定在可以升降的支撐桿支架上，支撐桿支架插入長(zhǎng)方體支架的一個(gè)支腿中，長(zhǎng)方體支架四個(gè)支腿下都有橡膠墊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間彎曲模型演示器其特征是:長(zhǎng)方體支架外有一個(gè)帶有拉鏈并有內(nèi)兜的避光、便攜軟包裝箱。
【專利摘要】一種空間彎曲模型演示器，利用橡皮膜翹曲形象比喻引力所造成的彎曲空間，借助電子投影儀，模擬演示運(yùn)動(dòng)球體經(jīng)過沒有引力場(chǎng)的平直空間和經(jīng)過存在引力場(chǎng)的彎曲空間時(shí)球體運(yùn)行軌跡的差別，以此說明引力場(chǎng)的存在，即引力場(chǎng)周圍的空間是彎曲的，空間彎曲模型演示器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，可見度大，現(xiàn)象直觀、明顯，造價(jià)低廉，演示安全，牢固耐用，易于推廣。
【IPC分類】G09B23-06
【公開號(hào)】CN104867382
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410066401
【發(fā)明人】王富民
【申請(qǐng)人】王富民
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2014年2月25日