一种数学教育用教具展示装置

阅读：评论：0

1.本发明涉及教学设备领域，更具体地说，涉及一种数学教育用教具展示装置。

背景技术：

2.数学是一种非常深奥的学科，包含微积分、线性代数、概率论、解析几何、函数等相关知识，而在函数中，抛物线函数作为基本知识，使用面较为广泛，是高中阶段必学知识点之一。
3.抛物线函数都带有一些曲线，而往往很多学生对于函数曲线不是很熟悉，单纯的字面教学无法让学生接受这种新的知识，因此，如果能够给学生展示实物，进行数形结合，则有助于学生加强对抛物线函数这一抽象概念的理解，而目前的教学过程中，大多直接利用多媒体予以展示，依然起不到直观形象的作用。
4.现有技术中国专利申请号202020529472.7，一种数学用抛物线演示装置，该装置通过拉动弹力杆，弹力杆带动弹力板压缩弹力簧，通过弹力指示针观察并第一次记录弹力杆的拉伸长度，松开弹力杆时，由于弹力簧的作用为弹力板提供弹力，使得弹珠具有初始速度并移动，通过x轴和y轴坐标可以直观的观察弹珠的运动轨迹，可以直观的为学员演示抛物线的运动轨迹，提高学习兴趣。
5.但是，该装置在实际使用过程中，依然存在较多不足之处，首先，在每次使用时，均需要从底部盒体中拿出弹珠再放入加珠管中，且需要人工操作弹射出，操作麻烦，自动化程度较低，且通过弹力杆记录弹簧弹力数据并不准确，导致每次弹珠发射速度产生偏差，影响实验结果，另外，该装置在实验时，仍然依靠肉眼去观察弹珠的运动轨迹，而弹珠较小，其轨迹不易捕捉，尤其是针对多人教学时，学员更不易对轨迹进行观察，且弹珠轨迹无法被记录，进而无法供学员研究及教师教学之用。
6.为此，提出一种数学教育用教具展示装置。

技术实现要素：

7.1.要解决的技术问题
8.针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种数学教育用教具展示装置，本发明通过设置弹射机构，能够根据需要自动对弹珠进行弹射，且在弹射后，可以利用收集机构自动对弹珠进行收回整理，使其处于预备工位，相比较于现有技术，操作方便，自动化程度较高，且发射速度通过控制输出电流大小即可进行调整，误差较小，有利于提高实验数据准确性。
9.2.技术方案
10.为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
11.一种数学教育用教具展示装置，包括底座，所述底座的上端固连外壳；所述外壳的前表面下端设置轨迹记录系统；所述外壳的一侧外表面固连弹射机构；所述外壳的一侧外表面靠近弹射机构的下方位置固连收集机构；所述外壳的前表面固连玻璃罩；所述外壳内
表面后侧对应弹射机构位置设有坐标系；所述外壳内底部固连倾斜导板；
12.所述弹射机构包括固连于外壳一侧外表面的壳体，且壳体与外壳相互连通；所述壳体内部一侧设有电源；所述电源一侧底端设有负极柱，所述电源另一侧底端设有正极柱；所述负极柱、正极柱均通过导线连接有弹射轨道；两个所述弹射轨道内圆面相对一侧均一体连接滑动连接槽；两个所述滑动连接槽内滑动连接有滑动连接块；两个滑动连接块的一端共同连接有弹射板；两个所述弹射轨道的外圆面均固连高度调节机构；所述弹射轨道、滑动连接块、滑动连接槽以及弹射板均为导电材质，两个所述弹射轨道的内圆面靠近电源的位置均开设有弹珠进入槽。
13.进一步的，所述高度调节机构包括与弹射轨道外圆面固连的连接块；所述连接块的下端固连第一伸缩杆；所述第一伸缩杆的下端固连安装座。
14.进一步的，所述弹射板的一侧外表面中间位置固连复位弹簧；所述复位弹簧的一端固连安装板，且安装板的边缘位置分别与两个弹射轨道一端固连；所述复位弹簧、安装板均为绝缘材质的构件。
15.进一步的，两个所述弹射轨道在通电时，其中间区域磁场方向由上至下；通电时弹射板受磁场所致的安培力方向与两个弹射轨道组成的喷口方向相同。
16.进一步的，所述收集机构包括固连于壳体下表面的盒体；所述盒体的下表面中间位置固连马达；所述马达的输出端固连丝杠，且丝杠的一端延伸至盒体内部；所述丝杠的外圆面滑动连接滚珠螺母座；所述滚珠螺母座的外圆面固连托盘；所述托盘上表面边缘位置设置有抬升机构。
17.进一步的，所述抬升机构包括贯穿托盘设置的防滑托板；所述防滑托板的下表面固连第二伸缩杆；所述第二伸缩杆的下端固连固定架，所述固定架一端与托盘下表面固连。
18.进一步的，所述托盘的截面由倾斜导板至抬升机构的方向逐渐倾斜，以使得弹珠落入抬升机构内。
19.进一步的，所述托盘的外圆面呈环形固连匀布的限位条；所述盒体内圆面对应限位条的位置呈环形开设有匀布的限位槽。
20.进一步的，所述轨迹记录系统包括设置于玻璃罩前表面上端的运动追踪相机，以及设置于外壳内部靠近倾斜导板下方的图像处理模块；
21.其中，所述运动追踪相机在开机后以0.05秒的延时时间对弹珠进行追踪拍摄；所述轨迹记录系统还包括控制模块、数据收发模块、教课电脑主机以及投影设备。
22.进一步的，所述图像处理模块包括微型处理器、坐标调整模块以及图像输出模块；
23.其中，坐标调整模块用于在弹射高度发生改变时，对弹珠喷射的原点，根据当前坐标系位置重新进行新坐标的建立。
24.3.有益效果
25.相比于现有技术，本发明的优点在于：
26.(1)本发明通过设置弹射机构，能够根据需要自动对弹珠进行弹射，且在弹射后，可以利用收集机构自动对弹珠进行收回整理，使其处于预备工位，相比较于现有技术，操作方便，自动化程度较高，且发射速度通过控制输出电流大小即可进行调整，误差较小，有利于提高实验数据准确性；
27.(2)本发明通过设置轨迹记录系统，能够实时对弹珠运行轨迹进行拍照记录，并上
传至教室电脑主机进行投影，供师生进行学习研究，相比较于现有技术使用肉眼对弹珠轨迹进行观察的方法，具有较好的观看学习效果。
28.(3)弹射机构在弹射弹珠一次后，即进行断电，此时需要手动将弹射板拨动至起始工位，用于下次使用，而此方式较为繁琐，且不方便操作，本发明通过在弹射板与安装板之间设置复位弹簧，在弹射弹珠时，复位弹簧受力拉长，发生形变累积弹性势能，在电源断电后，弹射板在复位弹簧的弹性势能作用下，回复至起始工位，操作较为方便。
附图说明
29.图1为本发明的整体结构示意图；
30.图2为本发明的整体去除玻璃罩后的结构示意图；
31.图3为本发明的正视结构示意图；
32.图4为本发明的弹射机构整体结构示意图；
33.图5为本发明的弹射机构正视结构示意图；
34.图6为本发明图3中a处的放大结构示意图；
35.图7为本发明图6中b-b向结构示意图；
36.图8为本发明托盘、滚珠螺母座及抬升机构的连接结构示意图；
37.图9为本发明的轨迹记录系统程序示意图。
38.图中标号说明：
39.1、底座；2、轨迹记录系统；3、运动追踪相机；4、外壳；5、弹射机构；51、壳体；52、电源；53、负极柱；54、安装板；55、复位弹簧；56、正极柱；57、高度调节机构；571、连接块；572、第一伸缩杆；573、安装座；58、弹射板；59、弹射轨道；510、滑动连接槽；511、滑动连接块；512、弹珠进入槽；6、收集机构；61、盒体；62、丝杠；63、马达；64、托盘；65、滚珠螺母座；66、抬升机构；661、防滑托板；662、第二伸缩杆；663、固定架；67、限位槽；68、限位条；7、倾斜导板；8、图像处理模块；9、坐标系；10、玻璃罩。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体
情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.实施例1：
44.请参阅图1至图9，一种数学教育用教具展示装置，包括底座1，所述底座1的上端固连外壳4；所述外壳4的前表面下端设置轨迹记录系统2；所述外壳4的一侧外表面固连弹射机构5；所述外壳4的一侧外表面靠近弹射机构5的下方位置固连收集机构6；所述外壳4的前表面固连玻璃罩10；所述外壳4内表面后侧对应弹射机构5位置设有坐标系9；所述外壳4内底部固连倾斜导板7；
45.所述弹射机构5包括固连于外壳4一侧外表面的壳体51，且壳体51与外壳4相互连通；所述壳体51内部一侧设有电源52；所述电源52一侧底端设有负极柱53，所述电源52另一侧底端设有正极柱56；所述负极柱53、正极柱56均通过导线连接有弹射轨道59；两个所述弹射轨道59内圆面相对一侧均一体连接滑动连接槽510；两个所述滑动连接槽510内滑动连接有滑动连接块511；两个滑动连接块511的一端共同连接有弹射板58；两个所述弹射轨道59的外圆面均固连高度调节机构57；所述弹射轨道59、滑动连接块511、滑动连接槽510以及弹射板58均为导电材质；两个所述弹射轨道59的内圆面靠近电源52的位置均开设有弹珠进入槽512。
46.针对现有技术操作麻烦，自动化程度低，弹珠发射速度精准度误差较大，且轨迹不易捕捉，观察学习效果较差的问题；本发明通过设置弹射机构5，在使用时，首先启动装置，电源52接通电路，电流经正极柱56，流经两个弹射轨道59、滑动连接槽510及弹射板58，最后流向负极柱53，在此期间，由于两个弹射轨道59、滑动连接槽510之间有电流通过，由于电磁感应现象，两个弹射轨道59、滑动连接槽510中间区域产生磁场，而通电的弹射板58在磁场内会受到安培力的作用，将弹珠向弹射轨道59喷口方向弹射出，在弹射板58移动过程中，与之固连的滑动连接块511在滑动连接槽510内滑动，进而保证在弹射板58移动的同时仍处于通电状态；通过设置弹射机构5，能够根据需要自动对弹珠进行弹射，且在弹射后，可以利用收集机构6自动对弹珠进行收回整理，使其处于预备工位，相比较于现有技术，操作方便，自动化程度较高，且发射速度通过控制输出电流大小即可进行调整，误差较小，有利于提高实验数据准确性；另外，通过设置轨迹记录系统2，能够实时对弹珠运行轨迹进行拍照记录，并上传至教室电脑主机进行投影，供师生进行学习研究，相比较于现有技术使用肉眼对弹珠轨迹进行观察的方法，具有较好的观看学习效果。
47.如图4所示，高度调节机构57包括与弹射轨道59外圆面固连的连接块571；所述连接块571的下端固连第一伸缩杆572；所述第一伸缩杆572的下端固连安装座573。
48.在使用弹射机构5进行弹珠弹射来研究抛物线时，往往需要从不同高度对弹珠进行弹射，本发明通过设置高度调节机构57，在使用时，只需要控制第一伸缩杆572进行伸缩，即可对整个弹射机构5进行高度调整，进而对弹珠的弹射高度进行调整，实用性较强。
49.如图4所示，弹射板58的一侧外表面中间位置固连复位弹簧55；所述复位弹簧55的一端固连安装板54，且安装板54的边缘位置分别与两个弹射轨道59一端固连；所述复位弹簧55、安装板54均为绝缘材质的构件。
50.弹射机构5在弹射弹珠一次后，即进行断电，此时需要手动将弹射板58拨动至起始工位，用于下次使用，而此方式较为繁琐，且不方便操作，本发明通过在弹射板58与安装板54之间设置复位弹簧55，在弹射弹珠时，复位弹簧55受力拉长，发生形变累积弹性势能，在
电源52断电后，弹射板58在复位弹簧55的弹性势能作用下，回复至起始工位，操作较为方便，相比较于现有技术不需要手动将弹射板58拨动至起始工位，解放了人力，在进行实验操作时更为轻松。
51.如图4及图5所示，两个所述弹射轨道59在通电时，其中间区域磁场方向由上至下；通电时弹射板58受磁场所致的安培力方向与两个弹射轨道59组成的喷口方向相同。
52.通过设置弹射轨道59在通电时，其中间区域磁场方向由上至下，并确定弹射板58受磁场所致的安培力方向与两个弹射轨道59组成的喷口方向相同，进而能够确定流经弹射板58的电流方向，确保正极柱56及负极柱53连接的正确性。
53.如图3及图6所示，所述收集机构6包括固连于壳体51下表面的盒体61；所述盒体61的下表面中间位置固连马达63；所述马达63的输出端固连丝杠62，且丝杠62的一端延伸至盒体61内部；所述丝杠62的外圆面滑动连接滚珠螺母座65；所述滚珠螺母座65的外圆面固连托盘64；所述托盘64上表面边缘位置设置有抬升机构66。
54.在使用弹射机构5对弹珠进行弹射后，现有技术需要人工对弹珠进行收集，并将之重新放回工位，操作繁琐，使用不便，本发明通过设置收集机构6，在进行弹珠弹射后，弹珠掉落至倾斜导板7上表面，且由于倾斜导板7倾斜设置，在重力的作用下弹珠会滚落至托盘64上，而后控制马达63启动，其输出端带动丝杠62转动，滑动套接于丝杠62外圆面的滚珠螺母座65会带动托盘64进行垂直方向的直线移动，进而可以带动托盘64上升，在托盘64上升至最高点后，可以利用抬升机构66将弹珠抬升起来，使得弹珠能够通过弹珠进入槽512进入弹射机构5的内部轨道，并进入预备工位，完成弹珠的收集工作；需要注意的是，在本实施例中，弹射机构5在弹射弹珠后，马达63会立刻启动并反向旋转，带动丝杠62反向转动，将托盘64由最高点运至最低点，以准备下一次对弹珠的收集工作；相比较现有技术，实现了弹珠的自动化收集，效率较高，且使用方便，提高了装置整体的自动化程度。
55.如图6及图8所示，所述抬升机构66包括贯穿托盘64设置的防滑托板661；所述防滑托板661的下表面固连第二伸缩杆662；所述第二伸缩杆662的下端固连固定架663，所述固定架663一端与托盘64下表面固连。
56.如图6及图8所示，所述托盘64的截面由倾斜导板7至抬升机构66的方向逐渐倾斜，以使得弹珠落入抬升机构66内。
57.弹射机构5在使用时，会利用高度调节机构57对弹珠抛射高度进行调整，而收集机构6只能将弹珠送至固定高度，无法在弹射机构5高度发生改变后继续将弹珠送至预备工位，通过在托盘64上设置抬升机构66，配合倾斜设置的托盘64，弹珠会自动滚落至抬升机构66上的防滑托板661上，在弹射机构5高度发生改变后，可以利用第二伸缩杆662伸长，继续将弹珠送至预备工位，通过抬升机构66与高度调节机构57的配合，实现了弹射机构5在发生高度调整后，仍旧能够实时自动对弹珠进行收集，具有较高的自动化程度，使用方便。
58.如图7所示，托盘64的外圆面呈环形固连匀布的限位条68；所述盒体61内圆面对应限位条68的位置呈环形开设有匀布的限位槽67。
59.托盘64在利用滚珠螺母座65实现垂直方向的移动时，托盘64会发生抖动，使得弹珠在防滑托板661上滚动，不利于精准的将弹珠送至预备工位，通过设置限位条68及限位槽67，能够提高托盘64的运动稳定性，进而提高弹珠的输送精准性。
60.如图9所示，所述轨迹记录系统2包括设置于玻璃罩10前表面上端的运动追踪相机
3，以及设置于外壳4内部靠近倾斜导板7下方的图像处理模块8；
61.其中，所述运动追踪相机3在开机后以0.05秒的延时时间对弹珠进行追踪拍摄；所述轨迹记录系统2还包括控制模块、数据收发模块、教课电脑主机以及投影设备。
62.如图9所示，所述图像处理模块8包括微型处理器、坐标调整模块以及图像输出模块；
63.其中，坐标调整模块用于在弹射高度发生改变时，对弹珠喷射的原点，根据当前坐标系9位置重新进行新坐标的建立。
64.使用方法：本发明在使用时，首先启动装置，电源52接通电路，电流经正极柱56，流经两个弹射轨道59、滑动连接槽510及弹射板58，最后流向负极柱53，在此期间，由于两个弹射轨道59、滑动连接槽510之间有电流通过，由于电磁感应现象，两个弹射轨道59、滑动连接槽510中间区域产生磁场，而通电的弹射板58在磁场内会受到安培力的作用，将弹珠向弹射轨道59喷口方向弹射出，在弹射板58移动过程中，与之固连的滑动连接块511在滑动连接槽510内滑动，进而保证在弹射板58移动的同时仍处于通电状态；弹射机构5在弹射弹珠一次后，即进行断电，此时需要手动将弹射板58拨动至起始工位，用于下次使用，而此方式较为繁琐，且不方便操作，本发明通过在弹射板58与安装板54之间设置复位弹簧55，在弹射弹珠时，复位弹簧55受力拉长，发生形变累积弹性势能，在电源52断电后，弹射板58在复位弹簧55的弹性势能作用下，回复至起始工位，操作较为方便；在使用弹射机构5对弹珠进行弹射后，现有技术需要人工对弹珠进行收集，并将之重新放回工位，操作繁琐，使用不便，本发明通过设置收集机构6，在进行弹珠弹射后，弹珠掉落至倾斜导板7上表面并滚落至托盘64上，而后马达63启动，其输出端带动丝杠62转动，滑动套接于丝杠62外圆面的滚珠螺母座65会带动托盘64进行垂直方向的直线移动，进而可以带动托盘64上升，将弹珠送回至预备工位，相比较现有技术，实现了弹珠的自动化收集，效率较高，且使用方便。
65.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种数学教育用教具展示装置，包括底座(1)，其特征在于：所述底座(1)的上端固连外壳(4)；所述外壳(4)的前表面下端设置轨迹记录系统(2)；所述外壳(4)的一侧外表面固连弹射机构(5)；所述外壳(4)的一侧外表面靠近弹射机构(5)的下方位置固连收集机构(6)；所述外壳(4)的前表面固连玻璃罩(10)；所述外壳(4)内表面后侧对应弹射机构(5)位置设有坐标系(9)；所述外壳(4)内底部固连倾斜导板(7)；所述弹射机构(5)包括固连于外壳(4)一侧外表面的壳体(51)，且壳体(51)与外壳(4)相互连通；所述壳体(51)内部一侧设有电源(52)；所述电源(52)一侧底端设有负极柱(53)，所述电源(52)另一侧底端设有正极柱(56)；所述负极柱(53)、正极柱(56)均通过导线连接有弹射轨道(59)；两个所述弹射轨道(59)内圆面相对一侧均一体连接滑动连接槽(510)；两个所述滑动连接槽(510)内滑动连接有滑动连接块(511)；两个滑动连接块(511)的一端共同连接有弹射板(58)；两个所述弹射轨道(59)的外圆面均固连高度调节机构(57)；所述弹射轨道(59)、滑动连接块(511)、滑动连接槽(510)以及弹射板(58)均为导电材质；两个所述弹射轨道(59)的内圆面靠近电源(52)的位置均开设有弹珠进入槽(512)。2.根据权利要求1所述的一种数学教育用教具展示装置，其特征在于：所述高度调节机构(57)包括与弹射轨道(59)外圆面固连的连接块(571)；所述连接块(571)的下端固连第一伸缩杆(572)；所述第一伸缩杆(572)的下端固连安装座(573)。3.根据权利要求1所述的一种数学教育用教具展示装置，其特征在于：所述弹射板(58)的一侧外表面中间位置固连复位弹簧(55)；所述复位弹簧(55)的一端固连安装板(54)，且安装板(54)的边缘位置分别与两个弹射轨道(59)一端固连；所述复位弹簧(55)、安装板(54)均为绝缘材质的构件。4.根据权利要求3所述的一种数学教育用教具展示装置，其特征在于：两个所述弹射轨道(59)在通电时，其中间区域磁场方向由上至下；通电时弹射板(58)受磁场所致的安培力方向与两个弹射轨道(59)组成的喷口方向相同。5.根据权利要求1所述的一种数学教育用教具展示装置，其特征在于：所述收集机构(6)包括固连于壳体(51)下表面的盒体(61)；所述盒体(61)的下表面中间位置固连马达(63)；所述马达(63)的输出端固连丝杠(62)，且丝杠(62)的一端延伸至盒体(61)内部；所述丝杠(62)的外圆面滑动连接滚珠螺母座(65)；所述滚珠螺母座(65)的外圆面固连托盘(64)；所述托盘(64)上表面边缘位置设置有抬升机构(66)。6.根据权利要求5所述的一种数学教育用教具展示装置，其特征在于：所述抬升机构(66)包括贯穿托盘(64)设置的防滑托板(661)；所述防滑托板(661)的下表面固连第二伸缩杆(662)；所述第二伸缩杆(662)的下端固连固定架(663)，所述固定架(663)一端与托盘(64)下表面固连。7.根据权利要求5所述的一种数学教育用教具展示装置，其特征在于：所述托盘(64)的截面由倾斜导板(7)至抬升机构(66)的方向逐渐倾斜，以使得弹珠落入抬升机构(66)内。8.根据权利要求1所述的一种数学教育用教具展示装置，其特征在于：所述托盘(64)的外圆面呈环形固连匀布的限位条(68)；所述盒体(61)内圆面对应限位条(68)的位置呈环形开设有匀布的限位槽(67)。9.根据权利要求1所述的一种数学教育用教具展示装置，其特征在于：所述轨迹记录系统(2)包括设置于玻璃罩(10)前表面上端的运动追踪相机(3)，以及设置于外壳(4)内部靠
近倾斜导板(7)下方的图像处理模块(8)；其中，所述运动追踪相机(3)在开机后以0.05秒的延时时间对弹珠进行追踪拍摄；所述轨迹记录系统(2)还包括控制模块、数据收发模块、教课电脑主机以及投影设备。10.根据权利要求8所述的一种数学教育用教具展示装置，其特征在于：所述图像处理模块(8)包括微型处理器、坐标调整模块以及图像输出模块；其中，坐标调整模块用于在弹射高度发生改变时，对弹珠喷射的原点，根据当前坐标系(9)位置重新进行新坐标的建立。

技术总结

本发明公开了一种数学教育用教具展示装置，属于教学设备领域，包括底座，所述底座的上端固连外壳；所述外壳的前表面下端设置轨迹记录系统；所述外壳的一侧外表面固连弹射机构；所述外壳的一侧外表面靠近弹射机构的下方位置固连收集机构；所述外壳的前表面固连玻璃罩；所述外壳内表面后侧对应弹射机构位置设有坐标系；所述外壳内底部固连倾斜导板；本发明通过设置弹射机构，能够根据需要自动对弹珠进行弹射，且在弹射后，可以利用收集机构自动对弹珠进行收回整理，使其处于预备工位，相比较于现有技术，操作方便，自动化程度较高，且发射速度通过控制输出电流大小即可进行调整，误差较小，有利于提高实验数据准确性。有利于提高实验数据准确性。有利于提高实验数据准确性。