Учебно-демонстрационный прибор Советский патент 1993 года по МПК G09B23/00 

Изобретение относится к учебно-наглядным принадлежностям, которые могут использоваться, например, для демонстрации различных физических законов, графических построений при решении задач по физике, математике, инженерной графике и другим дисциплинам, изучаемым в средней и высшей школе.

Целью изобретения является расширение демонстрационных возможностей учебно-демонстрационного прибора.

На фиг.1 показан схематично прибор; на фиг.2 и 3 - соответственно метка и фиксатор; на фиг.4 - отдельные варианты выполнения информационных символов; на фиг.5 - стержень, имитирующий направленный отрезок и/или координатную ось; на фиг.6 - стыковое соединение двух стержней; на фиг.7 - варианты стержней, имитирующих пунктирные линии; на фиг.8 - узел

I на фиг.6; на фиг. 9 и 10 - соответственно собирающая и рассеивающая линзы; на фиг. 11-16 - отдельные варианты решения практических задач и демонстрационных построений из большого их разнообразия.

Предлагаемый прибор содержит основную панель 1 с ортогонально-расположенными отверстиями 2 и градусной шкалой 3, нижний пенал-кассу 4, полость которого разделена перегородками 5 на отсеки 6 для мелких элементов набора и закрывается откидной крышкой 7, левый боковой пенал- кассу 8, разделенный перегородками 9 на отсеки 10 для среднеразмерных элементов набора и снабженный откидной крышкой 11, правый боковой пенал-кассу 12. разделенный перегородкой 13 на два больших отсека 14. закрываемых крышкой 15 . Пеналы-кассы 4,8 и 12 совместно с единым основанием (не показано) прибора

О©

О

00

GO X

ы

конструктивно объединены в жесткий каркас, внутри которого под закрепляемой сверху панелью 1 имеется для хранения сменных панелей-экранов полость, вход 16 в. которую перекрывается откидной крышкой 17. Каждая из крышек 7,11,15 и 17 имеет рукоятки 18. При этом вышеуказанная шкала 3, может быть нанесена непосредственно на поверхности этих крышек, что расширяет свободное рабочее пространство на поверхности панели 1,

В комплект прибора входит система разнообразных по назначению, форме (например, прямые, дугообразные), размеру, цвету и другим показателям стержнёобраз- ных элементов, в том числе стержни, имити- рующие координатные оси (на фиг,1 показаны лишь два из возможно большого количества стержни 19 и 20, изображающие оси ОХ и OY на плоскости), имеющие концевые стрелки 21 (они могут быть съемными), систему равноотстоящих друг от друга сквозных отверстий 22 и при необходимости не менее двух штыревых выступа (не показаны) на тыльной стороне, с помощью которых, как и с помощью отверстий 22, также можно обеспечить закрепление осей на панели их посадки в соответствующие отверстия 2; стержни 23 и 24, например, двух типов, имитирующие пунктирные линии, которые могут иметь крепежные отверстия, выступы или торцевые углубления (не показаны); данные стержни обеспечивают, в частности, возможность наглядного представления объемных фигур на плоскости; стержни, имитирующие прочие сплошные линии; они имеют торцевые углубления, обеспечивающие возможность осевой стыковки и тем самым увеличения их длины, например, стержни 25 и 26, имеющие торцевые углубления 27 и.28, стыкуются между собой с помощью соединительной шпильки 29; модели зеркал, а также собирающих и рассеивающих линз, содержащих стержневые основы 30 и 31 со съемными треугольными, соответственно ориентированными вершиной наружу или во внутрь, наконечниками 32, внутри которых выполнены по размеру сечения основ полости-углубления 33 и 34, разделенные перегородкой 35. ограничивающей глубину посадки основ. Основы выполняют, как и вышеописанные стержни, с элементами крепления, например, со сквозными отверстиями 36. обеспечивающими возможность закрепления моделей на плоскости, и торцевыми углублениями 37, позволяющими с помощью шпилек 29 производить стыковку-соединение основ между собой и для изменения длины с другими стержнеобразными элементами, а также закреплять их нормально к поверхности панели 1.

Для нанесения условных изображений и крепления вышеописанных элементов на

плоскости панели 1 служат метки 38 и фиксаторы 39, которые могут быть взаимозаменяемыми, а также иметь на лицевой поверхности информационные символы необходимого содержания, назначения, либо

выполняться по форме непосредственно как информационные символы, например, типа 40 и 41 (см. фиг.4).

Указанные элементы набора - стержни, модели, метки, фиксаторы, информационные символы - располагают по соответствующим отсекам пеналов-касс, причем длинные стержни 19 и 20, могут храниться совместно с дополнительными панелями в соответствующих гнездах внутренней полости (не показана),

Если основная панель 1 выполнена из немагнитного материала, то элементы набора механически крепятся на ней с помощью меток и фиксаторов. Однако данный вариант исключает возможность смещения этих элементов, когда это необходимо, на расстояние, меньшее расстояния между двумя соседними отверстиями 2. Это ограничивает возможности демонстратора, например,

при изучении задач динамики. С другой стороны, выполнение основной панели магнитной и без отверстий затрудняет или даже делает невозможным пространственные построения. Поэтому в числе вспомогательных

панелей, на которые заранее может быть нанесена необходимая для последующих действий - построений - графическая информация (например, изображения фигур, кривых, координатно-масштабные сетки и

т.п.) и которые входят в приборный комплект (на фиг.1 видны края двух из них - 42 и 43), по меньшей мере одна должна быть выполнена из материала, обеспечивающего ее магнитное сцепление с элементами набора, не исключая при этом и возможности механического их соединения, т.е. иметь крепежные углубления или отверстия.

Работу предлагаемого прибора поясним на примере решения задач на плоско

сти по некоторым дисциплинам - векторной

алгебре, физике, аналитической геометрии, геометрии, графике.

П р и м е р 1. Сложение векторов (см. . фиг.11).. 5 На координатной плоскости закрепляют стержни, соответствующие векторам i и J, выходящим из точки А. Параллельно векторам i и j на плоскости закрепляют стержни 24, имитирующие пунктирные линии, проходящие через концы указанных векторов. Соединив точку их пересечения В с началом заданных векторов - точкой А, получим вектор к являющийся суммой векторов I и J. Опустив из точек А и В на координатные оси перпендикуляры - стержни, имитирующие пунктирные линии, получим проекции кх и ку результирующего вектора к.

П р и м е р 2. Изучение законов отражения и преломления света (см. фиг.12).

Под углом а к оси OY закрепляют стер- жень АО со стрелкой 44, соответствующий лучу света, падающему на ось ОХ, через которую проходит плоскость разделения двух сред с разным показателем преломления. Под таким же углом к оси OY закрепля- ют другой стержень со стрелкой 45, соответствующий отраженному лучу 0В. Затем под углом/ к оси О Y в третьем квадранте закрепляют стержень ОС со стрелкой 46, соответствующий преломленному лучу. Процесс построения сопровождается необходимыми комментариями, разъяснениями преподавателя.

Для наглядности целесообразно использовать стержни АО. 0В и ОС различной окраски.

П р и м е р 3. Построение изображений в собирающей линзе (см. фиг. 13).

На вспомогательной панели 43 закрепляют стержень, имитирующий оптическую ось, совпадающую с осью ОХ. Перпендикулярно ему закрепляют модели собирающей линзы 30 и предмета АВ, а в точках, соответствующих положениям фокусов линзы, закрепляют метки с символами F 1 и F2. Затем точку А предмета и вершину линзы соединяют направленным отрезком 47, соответствующим падающему лучу, а через вершину линзы и фокус F2 провешивают стержень 48, соответствующий преломленному лучу. Со- единив точку А предмета стержнем 49. проходящим через оптический центр 0 линзы до пересечения со стержнем 48, получим точку А, соответствующую изображению точки А. Пересечение перпендикуляра из точки А с осью дает изображение точки В - точку В. В итоге получаем перевернутое действительное изображение предмета АВ в собирающей линзе, которое фиксируют моделью АВ.

П р и м е р 4. Аналитическая геометрия на плоскости -- координаты точек, расстояние между точками в прямоугольной системе координат (см. фиг:14)..

Используют панель, имеющую градус- ную шкалу 3, В ходе объяснения материала на панели закрепляют стержни, имитирующие координатные оси ОХ и OY, символы точек К, М и N и символы их координат (х,у).

(xi.yi) и (Х2.У2). Для наглядности координаты точек М и N отмечают соответствующими символами - метками на осях ОХ и OY, которые соединяют с точками, соответствующими направленным пунктирным линиям.

Если требуется определить расстояние между точками М и N, то после соответствующих разъяснений точки соединяют стержнем, возле которого закрепляют метку- табличку . с изображением выражения

Ах2+Ау2, являющегося расчетной формулой. Для воспроизведения численного расчета величины MN возле осей закрепляют символы чисел 2,4.6,... метрической шкалы, по которым считывают значения Ах и Ау. Угол наклона а прямой MN определяют непосредственно по шкале 3 либо вычисляют

Ах через tg ду

П р и м е р 5. Тема Четырехугольники - доказательство формы и площади вписанной фигуры, образованной линиями, соединяющими середины сторон заданного четырехугольника (см. фиг.15).

На поверхности панели, имеющей светлый тон, строят изображение заданного четырехугольника АВСД с помощью стержней одного цвета. Середины его сторон соединяют стержнями другого цвета - образуется вписанный четырехугольник EF GH. Для доказательства того, что он является параллелограммом, а его площадь равна половине площади заданного четырехугольника АВСД, вершины последнего соединяют стержнями АС и ВД, имитирующими пунктирные линии - диагонали. После их закреп- ления становится очевидным, что вписанная фигура - параллелограмм. Доказательство величины площади последнего сводится к сравнению образованных малых параллелограммов ELOK. LFMO. MGNO и NHKO с соответствующими треугольниками АОД, АОВ, ВОС и СОД.

П р и м е р 6. Деление прямой на равные отрезки (см. фиг. 16).

На панели е закрепленными стержнями, имитирующими оси ОХ и OY. фиксируют прямой стержень АВ . Пусть требуется разделить его на четыре равные части. Для этого с помощью стержней, имитирующих пунктирные линии, переносят начало координат в точку А, а на оси 04 устанавливают отметки-символы 1,2.3 и 4 метрической шкалы выбранного масштаба. Затем соединяют метку 4 с концом В исходного стержня АВ тонким направленным стержнем, соответствующим секущей линии, параллельно которому закрепляют другие секущие.

проходящие через отметки 3, 2 и 1 на оси ОХ. Пересечений секущих с прямой АВ и дает искомое решение.

Предлагаемый учебно-демонстрационный прибор позволяет производить реше- ния задач - демонстрационные построения как на плоскости в двухмерной системе координат, так и в трехмерной координатной системе по различным учебным дисциплинам и существенно по сравнению с мзвест- ными решениями расширить его демонстрационные возможности. Дополнительным преимуществом можно считать то, что он позволяет проводить и логические игры, используя для этого наборы информа- ционных символов и прочие элементы набора.

Формула изобретения 1. Учебно-демонстрационный прибор, содержащий панель с отверстиями, стерж- ни, имитирующие векторы, набор моделей, набор стержней для геометрических построений и элементы крепления стержней и моделей на панели, отличающий с.я тем, что, с целью расширения демонстраци- онных возможностей, он имеет стержни, имитирующие координатные оси, и съемные информационные.символы, при этом по периметру панели нанесена градусная шкала, а набор стержней для геометрических построений дополнительно имеет стержни, имитирующие пунктирные линии.

2. Прибор по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что он имеет по крайней мере одну дополнительную съемную панель, а стержни выполнены с торцовыми углублениями для увеличения своей длины посредством осей стыковки с помощью соединительного элемента, установленного в углублении.

3. Прибор по пп. 1 w 2, отличающийся тем, что стержни, имитирующие координатные оси, выполнены с возможностью взаимного соединения в различных по их длине точках, образующих метрическую шкалу.

4. Прибор по п,3, отличающийся тем, что информационные символы нанесены на элементах крепления.

5. Прибор по пп. 1-4, отличающий- с я тем, что он имеет выполненные по краям панели пеналы-кассы для размещения в них элементов прибора, при этом пеналы-кассы выполнены с крышками.

6. Прибор по п.5, отличающийся тем, что градусная шкала нанесена на поверхности крышек пеналов-касс.

38.

4/0

Использование: учебно-наглядные .пособия для демонстрационных построений по различным учебным дисциплинам - физике, математике и др. Сущность изобретения; прибор содержит панель с отверстиями, набор стержней для геометрических построений, набор информационных символов, стержни, имитирующие векторы и стержни, имитирующие координатные оси. Набор стержней для геометрических построений дополнительно имеет стержни, имитирующие пунктирные линии. Все стержни и символы имеют элементы крепления на панели. Вокруг панели по ее периметру нанесена градусная шкала и могут быть устроены пеналы-кассы для размещения эле- ментрв прибора. Прибор также может содержать по крайней мере одну дополнительную съемную панель. 5 з.п. ф-лы, 16 ил.

7/ J7 ™

/S7

ffl/г//

te//

fc/J

ФигМ