初中几何 · 高中运动 · 机构几何

转一圈,滑块为什么不匀速?

曲柄、连杆与水平滑块,选择右侧装配分支。转一圈曲柄,看滑块何时快、何时慢。

问题的来处工业革命 · 旋转与往复

曲柄画线机:问题从哪里来?

蒸汽机等机械需要把旋转和往复运动互相联系。一个匀速转动的曲柄并不带来匀速滑块,几何约束决定了它的快慢。

读一段背景,带着问题动手

蒸汽机等机械需要把旋转和往复运动互相联系。一个匀速转动的曲柄并不带来匀速滑块,几何约束决定了它的快慢。

蒸汽机等机械需要把旋转和往复运动互相联系。一个匀速转动的曲柄并不带来匀速滑块,几何约束决定了它的快慢。 曲柄、连杆与水平滑块,选择右侧装配分支。 连杆比曲柄短,所有角度都能转过去吗?

现在,换你来试只改变曲柄转角,比较位移、速度和连杆长度残差。

故事出处与延伸阅读

曲柄画线机

S06 / 机构与传动
今天的问题

同样转速,直线运动为什么不是匀速?

独立探索要做什么?

只改变曲柄转角,比较位移、速度和连杆长度残差。

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
曲柄滑块 · 右侧装配分支滑块速度-0.9744 m/s0中线 · 各量独立标定转角 45° · ω=1 rad/s

同一转角姿态不变;角速度改变播放速率与滑块速度。 图中量尺以0为中线,各量按默认值独立作非线性标定,长度不能跨量比较;精确数值与单位见读数。

金色:曲柄青色:连杆滑块:只沿水平导轨
看这里 · 滑块速度-0.9744 m/s

滑块位置 2.5779 m,速度 -0.9744 m/s,杆长残差 4.441e-16 m。不同角度速度不同,杆长约束却保持。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

45 °按设定角速度运动;角速度为0时保持静止。
滑块横坐标
2.5779 m
滑块速度
-0.9744 m/s
整周行程
2 m
连杆长度残差
4.441e-16 m

可以整周装配。 平方根为零时到达分支奇异位置,不报告无穷速度。 同一转角姿态不变;角速度改变播放速率与滑块速度。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

连杆比曲柄短,所有角度都能转过去吗?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

x=r cosθ+√(L²−r²sin²θ),对时间求导得到速度;根号负数不能装配,根号为0分支奇异,不能报告无穷速度。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

同样转速,直线运动为什么不是匀速?

换个条件,再试一次

连杆比曲柄短,所有角度都能转过去吗?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识机构几何涉及的量与单位:曲柄长(m)、连杆长(m)、曲柄转角(°)、角速度(rad/s)。初中几何 · 高中运动为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:转一圈曲柄,看滑块何时快、何时慢。

再做定量:保持其他条件,比较曲柄转角与滑块速度(m/s),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

x=r cosθ+√(L²−r²sin²θ),对时间求导得到速度;根号负数不能装配,根号为0分支奇异,不能报告无穷速度。

对照核验提示:靠近一端:转角30°;转到侧面:转角90°,同样转速。按这些题设自己操作并比较滑块速度,不把参考情景当个人完成。

适用范围:可以整周装配。 平方根为零时到达分支奇异位置,不报告无穷速度。 同一转角姿态不变;角速度改变播放速率与滑块速度。

Britannica · Slider-crank(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。