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        基于液壓傳動的原理自制三種創(chuàng)新教具

        2018-01-15 10:25:54劉曉利張軍朋
        物理教學(xué)探討 2018年11期
        關(guān)鍵詞:液壓傳動高中物理

        劉曉利 張軍朋

        摘 要:本文以液壓傳動的原理為知識載體,自制三種創(chuàng)新教具:液壓千斤頂模型、汽車剎車系統(tǒng)模型和碎核桃神器。并將其應(yīng)用于高中物理研究性課堂的教學(xué)中,從技術(shù)應(yīng)用的角度展示物理學(xué),突出物理學(xué)的實踐性和應(yīng)用性,并取得了良好的教學(xué)效果。

        關(guān)鍵詞:液壓傳動;創(chuàng)新教具;高中物理

        中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2018)11-0053-3

        液壓傳動是機(jī)械傳動方式中的一種,具有省力、傳動平穩(wěn)等特點,是現(xiàn)代自動化機(jī)械裝備中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一,在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。學(xué)生對日常生活中的液壓傳動裝置有一定的感性認(rèn)識,為了使學(xué)生更好地觀察液壓傳動裝置,了解液壓傳動裝置的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu),筆者利用生活中常見的材料自制三種創(chuàng)新教具,將其應(yīng)用于高中物理研究性課堂的教學(xué)中,激發(fā)學(xué)生動手制作的興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

        1 液壓傳動的原理

        2 自制三種創(chuàng)新教具

        2.1 液壓千斤頂模型

        液壓千斤頂是生活中常見的起重裝置。本文通過設(shè)計和制作液壓千斤頂模型,不僅實現(xiàn)液壓千斤頂?shù)膬?nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程可視化,同時實現(xiàn)用小力就能把人頂起來的演示效果,讓學(xué)生體會液壓傳動的神奇魅力。

        (1) 所需材料

        1個20 mL的塑料針筒,4個200 mL的塑料針筒,1個塑料單向閥(開啟壓力趨近于0 MPa),1個304不銹鋼材質(zhì)的單向閥(通徑3 mm、開啟壓力0.1 MPa),1個304不銹鋼材質(zhì)的截止閥(通徑3 mm、耐壓≤6.4 MPa),4個304不銹鋼六角寶塔接頭(通徑3 mm,外接6 mm、8 mm),1個等徑T型三通寶塔塑料接頭(最小外徑5.6 mm),2個等徑寶塔塑料彎接頭(最小外徑5.6 mm),1個六通寶塔塑料接頭(最小外徑6.4 mm),1個儲水容器,3 m耐壓硅膠軟管,1個50 cm×40 cm×50 cm的木質(zhì)框架,1個20 cm×20 cm×1 cm的木板。

        (2)模型制作

        ①在木質(zhì)框架的上表面打1個半徑為1 cm的洞,4個半徑為2.5 cm的洞(如圖2)。

        ②將20 mL的針筒放入半徑為1 cm的洞中,將4個200 mL的針筒分別放入半徑為2.5 cm的洞中,并用熱熔膠將針筒與上表面粘合,達(dá)到固定的效果。

        ③按照液壓千斤頂模型的CAD圖(如圖3),將各個通路進(jìn)行組裝。必須注意的是:在耐壓硅膠軟管和針筒連接處,必須要用高強(qiáng)度AB膠水粘合,再用防水膠帶纏好(如圖4),保證裝置處于完全密閉的狀態(tài),滿足液壓傳動原理成立的條件。

        ④將規(guī)格為20 cm×20 cm×1 cm的木板,放在4個大針筒的活塞上,并用螺絲釘將木板和4個活塞裝訂在一起,組成液壓千斤頂模型的大活塞, 這樣制作的目的是為了保證4個大針筒的活塞能夠同時升起,保證模型的穩(wěn)定性。

        ⑤調(diào)試裝置,完成液壓千斤頂模型的制作(如圖5)。

        (3)教學(xué)演示

        ①演示前,將裝置放在水平地面上,關(guān)閉截止閥,在儲油池中放入適量清水;讓一位學(xué)生坐在大活塞上。

        ②提拉小活塞,單向閥1關(guān)閉,單向閥2打開,儲油池中的液體單向地流入小針筒。

        ③按壓小活塞,單向閥2關(guān)閉,單向閥1打開,液體單向地流入大針筒。

        ④反復(fù)地提拉、按壓小活塞,儲油池中的液體經(jīng)小針筒源源不斷地流入大針筒,頂起坐在大活塞上的學(xué)生。

        ⑤打開截止閥,由于大活塞及負(fù)載的重力作用,大針筒里的液體會緩緩流回儲油池,坐在大活塞上的學(xué)生下落,實現(xiàn)液體的循環(huán)利用。

        ⑥演示結(jié)束后,將儲油池中的水取出,保證裝置處于干燥的環(huán)境中。

        2.2 汽車剎車系統(tǒng)模型

        汽車剎車系統(tǒng)模型主要由省力杠桿裝置和液壓傳動裝置兩部分組成。

        (1)所需材料

        1個20 mL的塑料針筒,2個100 mL的塑料針筒,1 m耐壓硅膠軟管,1個半徑為8 cm的圓形轉(zhuǎn)盤,1個彈簧,1個長為30 cm的鋁桿,1個12 cm的塑料空管,2個15 cm×5 cm×3 cm的有機(jī)玻璃板,2個5 cm×5 cm×3 cm的有機(jī)玻璃板,2個7 cm×5 cm×3 cm的有機(jī)玻璃板,1個10 cm×2 cm×3 cm的有機(jī)玻璃板,1個長為5 cm的木棒,1個40 cm×20 cm×2 cm的木質(zhì)底架,1個等徑T型三通寶塔塑料接頭(最小外徑5.6 mm)。

        (2)模型制作

        ①液壓傳動裝置的制作:利用熱熔膠將寬為5 cm的6塊有機(jī)玻璃板按照圖6所示進(jìn)行粘合,并固定在底架上;在離地面高為12 cm的位置打孔,將5 cm長的木棒插入其中充當(dāng)轉(zhuǎn)軸,并將轉(zhuǎn)盤(可視為車輪)套在轉(zhuǎn)軸上;將2個100 mL的塑料針筒從中間位置截開,用熱熔膠將其分別固定在兩個三角形臺面上;將彈簧套入20 mL針筒的活塞桿上,并用熱熔膠將針筒筒壁與規(guī)格為10 cm×2 cm×3 cm的有機(jī)玻璃板進(jìn)行粘合,固定在底架上;利用耐壓硅膠軟管和T型三通接頭將小針筒和兩個大針筒連接在一起組成液壓傳動的裝置。

        ②省力杠桿裝置的制作:將12 cm的塑料空管固定在底架上;用鉆機(jī)在塑料空管的頂端部位和鋁桿末端部位打孔,并用細(xì)鐵棒連接在一起,將鋁桿放在小活塞上組成省力杠桿裝置。其中,連接點可視為杠桿裝置的支點,且動力臂總大于阻力臂。

        ③調(diào)試整個裝置,完成汽車剎車系統(tǒng)模型的制作(如圖7)。

        (3)教學(xué)演示

        轉(zhuǎn)動車輪,輕輕按壓杠桿末端,產(chǎn)生的小力通過杠桿裝置第一次被放大,然后作用在小活塞上,經(jīng)液壓傳動裝置第二次放大,最終作用在轉(zhuǎn)動的車輪上面,迅速實現(xiàn)制動;鋁桿在彈簧的彈力作用下,自動恢復(fù)原來的位置。

        2.3 碎核桃神器

        (1)所需材料

        1個200 mL的塑料針筒,1個20 mL的塑料針筒,30 cm耐壓硅膠軟管,1個20 cm×17 cm×3 cm的1號木板、1個20 cm×4 cm×1.5 cm的2號木板、1個20 cm×12 cm×1.5 cm的3號木板,2個35 cm×5 cm×1 cm的4號木板。

        (2) 模型制作

        ①對1號木板進(jìn)行切割,在頂端中間部位向下打半徑為0.25 cm、高度為5 cm的洞。

        ②在2號木板中間打出半徑為2 cm的凹槽。

        ③將處理過的1號木板、2號木板、3號木板和4號木板裝訂在一起(如圖8),完成碎核桃神器木架的制作。

        ④利用高強(qiáng)度AB膠水和防水膠帶,將200 mL的針筒與硅膠軟管的一端連接在一起,插入1號木板;然后將硅膠軟管的另一端與小針筒連接在一起,并進(jìn)行密封處理。

        ⑤調(diào)試整個裝置,完成碎核桃神器的制作。

        (3)教學(xué)演示

        將核桃放在凹槽中,迅速地推動小活塞,作用在小活塞上的力經(jīng)液體的傳遞在大活塞上得到一個很大的力,最終作用在核桃上,成功碎核桃。

        通過教學(xué)演示,學(xué)生直觀地觀察到液壓傳動裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程,體會物理學(xué)與技術(shù)相結(jié)合的神奇魅力。三種自制教具取材容易、制作簡單,具有創(chuàng)新性、可行性和實用性。在物理研究性課堂的教學(xué)中,教師可組織學(xué)生親身參與液壓傳動裝置的設(shè)計和制作,外顯學(xué)生習(xí)得的知識和能力,讓學(xué)生在“做”中學(xué)習(xí)物理學(xué)的知識,幫助學(xué)生加深理解物理學(xué)與技術(shù)的互動關(guān)系,提高學(xué)生在設(shè)計、制作和創(chuàng)新方面的綜合實踐能力。

        參考文獻(xiàn):

        [1]課程教材研究所.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書(選修2-2)[M].北京:人民教育出版社,2007:38-41.

        [2]付榮興.人教版普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書選修2系列的編寫思想[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2007,36(11):2-4.

        [3]姚良炬.自制教具在物理教學(xué)中的作用[J].物理教學(xué)探討,2017,35(4):16-18.(欄目編輯 王柏廬)

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