一种演示力臂概念的新型杠杆的制作方法

1.本实用新型涉及教学仪器技术领域，尤其涉及一种演示力臂概念的新型杠杆。


背景技术：

2.力臂是支点到力的作用线的距离，是杠杆学习中的一个重要概念，但是力臂概念的建立历来很困难，困难之处在于：当杠杆水平，改变力的方向使拉力的方向倾斜向上时，支点到力的作用线的距离学生不能观察到，从而不能形成清晰的表象，所以建立力臂的概念历来成为杠杆学习中的难点。
3.目前学习力臂的方法通常是：1、直接告诉学生；2、变换异形杠杆；3、运用力矩盘。上述方法均存在一些问题，不能很好的帮助学生建立力臂概念：方法1，直接告诉当然不可取，学生无法体会到引入力臂概念的必要性；方法 2，只能做一次实验，不能进行多次实验，并且操作起来非常困难，而概念是归纳概括出来的，所以要能够进行多次实验；方法3，使用力矩盘可以进行多次实验，通过多次改变力的方向时拉力的方向始终过同一个圆环标线，观察到当拉力的方向沿着同一个圆的切线时，尽管拉力的方向变化，但是力的大小却没有变化，但是对于初学者无法认识到力矩盘本质上是一个杠杆，对于老师的演示实验不认可。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种演示力臂概念的新型杠杆，通过杠杆和圆盘的结合，能够形象演示力臂概念，帮助学生建立并掌握力臂概念，提高教学效果。
5.为了实现本实用新型的上述目的，提供以下技术方案：
6.一种演示力臂概念的新型杠杆，包括：杠杆、第一钩码，还包括：具有多个圆环标线的圆盘；所述圆盘位于所述杠杆的背部，且所述圆盘的中心与所述杠杆的中心支点转动连接；所述圆环标线与所述杠杆两侧的刻度线相对应；
7.其中，所述杠杆的中心支点两侧对称开设有缝隙，上绳套和下绳套穿过所述缝隙分别套住所述杠杆的上半部分和下半部分；所述上绳套和下绳套可在所述缝隙内滑动，所述第一钩码用于钩住所述下绳套。
8.优选的，所述缝隙在所述杠杆刻度线的对应位置处开设有上下对应的上限位凹槽和下限位凹槽，可分别卡住所述上绳套和下绳套不滑动。
9.优选的，还包括，悬挂在所述杠杆中心的重锤线。
10.优选的，还包括拉力计，所述拉力计用于钩住所述上绳套。
11.或者，优选的，还包括定滑轮和绕过所述定滑轮的挂线；所述挂线的一端用于钩住所述上绳套，另一端钩住第二钩码。
12.优选的，所述圆盘的背部为磁吸结构。
13.优选的，所述拉力计的背部为磁吸结构。
14.优选的，所述定滑轮为磁性定滑轮。
15.优选的，所述拉力计为弹簧测力计。
16.本实用新型的有益效果体现在以下方面：
17.本实用新型利用杠杆和圆盘结合，通过圆盘的同心设置的圆环标线能够形象演示力臂的概念；在演示改变力的方向时，首先演示上绳套的位置不变，拉力的方向总是过同一个圆环标线，学生观察到杠杆平衡时拉力的大小保持不变；再演示上绳套的位置改变，拉力的方向总是过另外一个圆环标线，学生再次观察到杠杆平衡时拉力的大小保持不变，通过多次演示帮助学生建立力臂概念。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例一演示力臂概念的新型杠杆的结构示意图；
19.图2是图1所示的局部放大图；
20.图3是本实用新型实施例二演示力臂概念的新型杠杆的结构示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
22.实施例一
23.如图1和2所示，本实施例提供一种演示力臂概念的新型杠杆，包括：杠杆1、第一钩码2、拉力计3、圆盘4。圆盘4位于杠杆1的背部，圆盘4的中心与杠杆1的中心支点转动连接。杠杆1的中心支点两侧开设有缝隙11，上绳套51和下绳套52穿过缝隙11分别套住杠杆的上半部分和下半部分；拉力计3 用于钩住上绳套51，第一钩码2用于钩住下绳套52。
24.本实施例的圆盘4具有多个圆环标线，圆环标线与杠杆两侧的刻度线相对应。在本实施例的一个实施方式中，如图1所示，杠杆1的中心支点两侧分别设有5cm、10cm、15cm、20cm、25cm的刻度线，圆盘4对应于5cm、10cm、 15cm、20cm、25cm的刻度线设有5个同心的圆环标线，即5个圆环标线的半径分别为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm。
25.如图1和2所示，缝隙11有两条，两条缝隙11在杠杆1的中心支点两侧对称分布。每条缝隙11内均穿设至少一个上绳套51和至少一个下绳套52，以便于拉力计3钩住上绳套51，第一钩码2钩住下绳套52。
26.通过上绳套51和下绳套52在缝隙11内移动，可分别改变动力臂和阻力臂的长度。上绳套51和下绳套52在缝隙11内移动至施力点之后，为了方便的卡住上绳套51和下绳套52不让其移动，如图1所示，本实施例缝隙11在杠杆1 刻度线的对应位置处开设有上下对应的用于卡住上绳套51的上限位凹槽1a和用于卡住下绳套52的下限位凹槽1b。在本实施例的一个实施方式中，如图1 所示，上限位凹槽1a和下限位凹槽1b设有5对，5对上限位凹槽1a和下限位凹槽1b分别设置在5cm、10cm、15cm、20cm、25cm的刻度线处。
27.如图1所示，为了便于判断杠杆1是否水平，本实施例还包括悬挂在杠杆 1中心的重锤线6。当重锤线6的线的方向与杠杆1上的刻度线重合时，则杠杆 1水平。
28.本实施例的圆盘背部为磁吸结构，可以稳固吸附在磁性板面上，不会摆动。进一步的，本实施例拉力计的背部也为磁吸结构，调节好拉力计方向后松手，此时拉力计稳固吸附在磁性板面上，不会摆动，同学们能够更好的观察拉力数值。
29.本实施例的拉力计3为弹簧测力计。
30.本实施例的使用说明：
31.1、在杠杆1的下绳套52上挂上第一钩码2，在上绳套51上钩上拉力计 3，使拉力计3竖直向上拉，改变上绳套51的位置并使杠杆1保持水平，发现上绳套51的位置改变时，拉力计3的示数发生变化。从而引出猜想：杠杆1平衡时，拉力的大小和位置有关，也就是和支点到力的作用点的距离有关。
32.2、上绳套51的位置不变，将拉力计3倾斜，发现拉力计3的示数发生变化。引起认知冲突：力的方向也影响力的大小。从而提出问题：拉力的大小到底与哪个距离有关？根据圆盘的提示作用，学生可以有一些猜想。
33.3、改变上绳套51的位置，同时改变拉力的方向，但是演示拉力的方向总是过同一个圆环标线，杠杆平衡时拉力的大小保持不变。从而发现可能是支点到力的作用线的距离影响拉力的大小，而不是支点到力的作用点的距离，当拉力的方向竖直向上时这两个距离相等。
34.4、多次改变下绳套52的位置，同时改变拉力的方向，但是演示拉力的方向过另外一个圆环标线，仿照步骤3再做几次实验，从而建立力臂的概念。
35.在本实施例的一个实施方式中，如图1所示，在杠杆1的15cm刻度线的位置处挂上4个50g的第一钩码2，重力为1.96n，改变拉力方向的过程中，使拉力计3的拉力线总是与半径为15cm的圆环标线相切，杠杆平衡时拉力的大小保持不变，总是1.96n。通过多次实验，建立力臂概念。
36.实施例二
37.如图3所示，本实施例提供一种演示力臂概念的新型杠杆，包括：杠杆1、第一钩码2、圆盘4、定滑轮7、第一钩码8和绕过定滑轮7的挂线9。圆盘4 位于杠杆1的背部，圆盘4的中心与杠杆1的中心支点转动连接。杠杆1的中心支点两侧开设有缝隙11，上绳套51和下绳套52穿过缝隙11分别套住杠杆的上半部分和下半部分。挂线9的一端用于钩住上绳套51，另一端钩住第二钩码8，第一钩码2用于钩住下绳套52。
38.本实施例定滑轮7为磁性定滑轮，可以稳固吸附在磁性板面上，不会摆动。
39.本实施例杠杆1、圆盘4的结构同实施例一，不再赘述。
40.在本实施例的一个实施方式中，如图3所示，在杠杆1的15cm刻度线的位置处挂上4个50g的第一钩码2，重力为1.96n，调节定滑轮7的位置改变拉力方向的过程中，使挂线9总是与半径为15cm的圆环标线相切，杠杆平衡时挂线9的另一端挂有4个50g的第二钩码8，拉力总是1.96n。通过多次实验，建立力臂概念。
41.尽管上述对本实用新型做了详细说明，但本实用新型不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本实用新型的原理进行修改，因此，凡按照本实用新型的原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。