CN106920435A - 用于物理教学的当地重力加速度试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于物理教学的当地重力加速度试验装置，通过真空吸盘实现对铁球的吸附，箱体内部气密性能良好，同时不会受外界空气流动的干扰，提高实验环境的封闭性与实验结果的准确性，避免两侧空气流动造成相互干扰，确保两侧隔离，提高实验精度；提高了实验内容的多样性，能够让学生们更加直观简单的理解基础物理知识，使得实验更加丰富多样，更加清楚的向学生们解释重力加速度的成因与要素。本发明的目的在于提供用于物理教学的当地重力加速度试验装置，以解决现有技术中重力加速度试验误差大、实验内容不够全面的问题，实现提高实验精度与多样性的目的。

Description

用于物理教学的当地重力加速度试验装置

技术领域

本发明涉及物理教学领域，具体涉及用于物理教学的当地重力加速度试验装置。

背景技术

在基础物理教学中，重力加速度是一项非常重要的内容，由学生们亲自计算出当地重力加速度，并且直观的进行“两个铁球同时着地”的试验，有助于帮助学生们理解重力加速度的含义与特征。但是现有技术中，对于铁球自由下落的时间多由人为操作秒表计时，存在很大误差，同时现有铁球自由落体实验装置都是在铁球下方加设挡板，抽走挡板后使铁球开始下落，由于抽走挡板时铁球与隔板会产生摩擦，摩擦力导致小球开始沿着受力方向转动，并非由静止状态下落，因此使得铁球下落时的初动量不为零，造成计算误差，影响重力加速度试验的精度。对于使用电磁铁方式吸附铁球再进行释放的实验装置而言，仅能够使用铁球进行实验无法吸附其他物体，不仅体积庞大不便于教学实验，而且在电磁铁断电瞬间铁球中存在剩磁，还会导致周围磁性金属与铁球间的相互作用力存在滞后消失的问题，同样影响实验精度。此外，现有的教学用重力加速度试验装置的功能都很单一，实验内容片面。

发明内容

本发明的目的在于提供用于物理教学的当地重力加速度试验装置，以解决现有技术中重力加速度试验误差大、实验内容不够全面的问题，实现提高实验精度与多样性的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

用于物理教学的当地重力加速度试验装置，包括箱体，所述箱体的正面设置气密门，所述气密门的门板由透明材料制作而成；箱体内部底面设置第一凹槽，箱体内部顶面设置与所述第一凹槽正对的第二凹槽，所述第一凹槽、第二凹槽的长度与箱体内部深度一致；还包括与所述第一凹槽、第二凹槽相匹配的隔板，所述隔板滑动设置在第一凹槽、第二凹槽之间，且隔板长度与第一凹槽、第二凹槽的长度相等；当气密门关闭时，所述第一凹槽、第二凹槽、隔板均垂直于气密门；当气密门打开时，隔板能够从第一凹槽、第二凹槽中取出；所述隔板位于第一凹槽、第二凹槽之间时，将箱体内部分为第一腔室、第二腔室，所述第一腔室、第二腔室的顶部分别设置第一真空吸盘、第二真空吸盘，两个真空吸盘的高度相同且均配置有吸气管线；所述箱体外侧设置三通、负压泵，所述三通分别与第一真空吸盘的吸气管线、第二真空吸盘的吸气管线、负压泵连通；所述第一腔室、第二腔室的底面分别设置第一小球感应装置、第二小球感应装置，所述第一小球感应装置位于第一真空吸盘的正下方，第二小球感应装置位于第二真空吸盘的正下方；还包括第一计时模块、第二计时模块、显示屏；所述第一计时模块的输入端与第一小球感应装置、负压泵连接；所述第二计时模块的输入端与第二小球感应装置、负压泵连接；所述第一计时模块、第二计时模块的输出端均与显示屏相连。

针对现有技术中重力加速度试验误差大、实验内容不够全面的问题，本发明提出一种用于物理教学的当地重力加速度试验装置，包括设置气密门的箱体，使得箱体内部气密性能良好，同时不会受外界空气流动的干扰，提高实验环境的封闭性与实验结果的准确性。气密门的门板由透明材料制作而成，便于在箱体内部进行实验时能够从外部直观观察。箱体内部底面设置第一凹槽，箱体内部顶面设置与所述第一凹槽正对的第二凹槽，第一凹槽、第二凹槽均垂直于箱体的敞口面，因此当气密门关闭时，能够垂直于气密门表面。还包括隔板，当隔板设置在第一凹槽、第二凹槽中时，其底边位于第一凹槽内，顶边位于第二凹槽内，在两个凹槽的限制下进行固定，使得隔板仅能够沿着两个凹槽的长度方向进行移动，同时当气密门打开时，隔板能够从两个凹槽中取出。由于第一凹槽、第二凹槽、隔板的长度均与箱体内部深度一致，因此当气密门关闭时，隔板会将箱体内部分为左右两个区域，即为第一腔室、第二腔室。第一腔室、第二腔室分别设置真空吸盘，用于吸附铁球或其他任意材质的球体，以此进行“两个铁球同时着地”的实验，避免两侧空气流动造成干扰，确保两侧隔离，提高实验精度。相较于传统的在铁球下方设置挡板、抽走挡板使铁球下落的方式，本发明通过真空吸盘实现对铁球的吸附，当吸附力消失时，铁球能够从完全静止的状态开始下落，不会有初速度、也不会进行转动，因此相较于现有技术极大程度上降低了误差，提高了实验结果的精确程度。本发明使用时，首先打开气密门，装上隔板，启动负压泵，在第一真空吸盘、第二真空吸盘上分别吸附上大小不同的两个铁球，之后关闭气密门，关闭负压泵，由于负压泵分别与第一计时模块、第二计时模块相连，因此当负压泵关闭时，由于两个真空吸盘处的气压连通，因此两个铁球会同时掉落，同时两个计时模块同时开始计时。位于第一腔室内的铁球掉落到第一小球感应装置上，第一小球感应装置感应到小球后向第一计时模块发出指令，第一计时模块终止计时并将计时结果传输至显示屏进行显示。同理，位于第二腔室内的铁球掉落到第二小球感应装置上，由第二计时模块计时并将计时结果传输至显示屏进行显示。以此实现直观、精确的获取两个铁球的自由落体时间的目的，同时学生们可以根据自由落体时间对当地的重力加速度值进行计算求解，以此提高获取知识的趣味性与自主动手能力。本发明相较于传统的仅能实现自由落体的实验设备，还提高了实验内容的多样性，能够让学生们更加直观简单的理解基础物理知识。

优选的，第一真空吸盘与三通之间、第二真空吸盘与三通之间均设置有阀门。即是通过阀门实现两个真空吸盘的气流通畅与否，关闭其中一个阀门，负压泵仅对另一个真空吸盘进行抽吸，从而便于单独对一个铁球进行自由落体实验，进一步增加本发明中实验内容的多样性。

优选的，所述气密门的门板由真空玻璃制作而成。为了避免铁球落地时产生的较大碰撞噪声对学生耳膜造成伤害，作为本发明的优选方案，选取真空玻璃制作气密门的门板，利用真空优良的隔音降噪性能，降低对学生可能造成的影响与伤害，提高实验的安全性，保护学生听觉不受影响。

优选的，所述第一小球感应装置、第二小球感应装置均为压力传感器。通过对铁球下落在感应装置上的碰撞进行压力感应，能够简单方便的实现对铁球的感应。相较于物理学研究领域所使用的光电开关的感应方式，不仅极大程度上降低了成本、还便于学生们理解实验原理，解决了在进行实验获得知识时让学生们对感应方式产生新的困惑的问题，具有突出的实质性特点。

进一步的，所述箱体外部还设置增压设备，所述增压设备通过气密管线连通至第二腔室内部。作为本发明提高教学实验多样性的体现，本优选方案中还能够通过增压设备向第二腔室内单独增压再进行“两个铁球同时着地”的实验，从而向学生们演示气压对物体自由落体的影响，更加清楚的向学生们解释重力加速度的成因与要素。

进一步的，所述第二腔室的内部还设置有电加热装置、温度传感器，所述温度传感器与显示屏相连。作为本发明提高教学实验多样性的又一个体现，在第二腔室内还设置电加热装置，加热温度通过温度传感器监测并显示在显示屏上，便于调整控制温度。本方案中，还能够单独变换温度条件、或配合增压泵同时变化温度、压力条件，进行各种温度压力下的自由落体实验并与正常温度压力下进行对比，以此使得实验更加丰富多样，更加清楚的向学生们解释重力加速度的成因与要素。

优选的，所述增压设备与第二腔室之间的气密管线上设置阀门。便于切断增压泵与第二腔室内部的联系。

优选的，所述隔板为真空绝热板。使得隔板具有优良的绝热能力，降低两个腔室之间的热量传递、确保实验时相互独立不干扰。

优选的，所述箱体顶部设置两个气压表，两个气压表分别连通至第一腔室、第二腔室内。便于直观的监控两个腔室内部的压力情况，准确记录实验数据。也确保在实验完毕打开气密门时能够提前预制内部气压情况防止箱体内部憋压事故导致气密门打开后对学生或老师造成伤害的情况出现，从而提高本发明的安全系数。

优选的，所述第一凹槽、第二凹槽、隔板表面均覆盖一层橡胶。使得隔板插在第一凹槽、第二凹槽之间时，两者表面通过挤压橡胶进行接触，气密性能显著提高，确保第一腔室、第二腔室之间的完全隔离。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明用于物理教学的当地重力加速度试验装置，通过真空吸盘实现对铁球的吸附，当吸附力消失时，铁球能够从完全静止的状态开始下落，不会有初速度、也不会进行转动，同时还不会有剩磁现象发生，因此相较于现有技术极大程度上降低了误差，提高了实验结果的精确程度。

2、本发明用于物理教学的当地重力加速度试验装置，箱体内部气密性能良好，同时不会受外界空气流动的干扰，提高实验环境的封闭性与实验结果的准确性，避免两侧空气流动造成相互干扰，确保两侧隔离，提高实验精度。

3、本发明用于物理教学的当地重力加速度试验装置，提高了实验内容的多样性，能够让学生们更加直观简单的理解基础物理知识，使得实验更加丰富多样，更加清楚的向学生们解释重力加速度的成因与要素。

4、本发明用于物理教学的当地重力加速度试验装置，相较于物理学研究领域所使用的光电开关的感应方式，不仅极大程度上降低了成本、还便于学生们理解实验原理，解决了在进行实验获得知识时让学生们对感应方式产生新的困惑的问题，具有突出的实质性特点。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的纵向剖视图；

图2为本发明具体实施例的结构示意图；

图3为本发明具体实施例的连接关系示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-箱体，2-气密门，3-第一凹槽，4-第二凹槽，5-隔板，6-第一腔室，7-第二腔室，8-第一真空吸盘，9-第二真空吸盘，10-三通，11-负压泵，12-第一小球感应装置，13-第二小球感应装置，14-显示屏，15-增压设备，16-电加热装置，17-温度传感器，18-气压表。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图3所示的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其中图2中隔板已取下。包括箱体1，所述箱体1的正面设置气密门2，所述气密门2的门板由透明材料制作而成；箱体1内部底面设置第一凹槽3，箱体1内部顶面设置与所述第一凹槽3正对的第二凹槽4，所述第一凹槽3、第二凹槽4的长度与箱体1内部深度一致；还包括与所述第一凹槽3、第二凹槽4相匹配的隔板5，所述隔板5滑动设置在第一凹槽3、第二凹槽4之间，且隔板5长度与第一凹槽3、第二凹槽4的长度相等；当气密门2关闭时，所述第一凹槽3、第二凹槽4、隔板5均垂直于气密门2；当气密门2打开时，隔板5能够从第一凹槽3、第二凹槽4中取出；所述隔板5位于第一凹槽3、第二凹槽4之间时，将箱体1内部分为第一腔室6、第二腔室7，所述第一腔室6、第二腔室7的顶部分别设置第一真空吸盘8、第二真空吸盘9，两个真空吸盘的高度相同且均配置有吸气管线；所述箱体1外侧设置三通10、负压泵11，所述三通10分别与第一真空吸盘8的吸气管线、第二真空吸盘9的吸气管线、负压泵11连通；所述第一腔室6、第二腔室7的底面分别设置第一小球感应装置12、第二小球感应装置13，所述第一小球感应装置12位于第一真空吸盘8的正下方，第二小球感应装置13位于第二真空吸盘9的正下方；还包括第一计时模块、第二计时模块、显示屏14；所述第一计时模块的输入端与第一小球感应装置12、负压泵11连接；所述第二计时模块的输入端与第二小球感应装置13、负压泵11连接；所述第一计时模块、第二计时模块的输出端均与显示屏14相连。第一真空吸盘8与三通10之间、第二真空吸盘9与三通10之间均设置有阀门。所述气密门2的门板由真空玻璃制作而成。所述第一小球感应装置12、第二小球感应装置13均为压力传感器。所述箱体1外部还设置增压设备15，所述增压设备15通过气密管线连通至第二腔室7内部。所述第二腔室7的内部还设置有电加热装置16、温度传感器17，所述温度传感器17与显示屏14相连。所述增压设备15与第二腔室7之间的气密管线上设置阀门。所述隔板5为真空绝热板。所述箱体1顶部设置两个气压表18，两个气压表18分别连通至第一腔室6、第二腔室7内。所述第一凹槽3、第二凹槽4、隔板5表面均覆盖一层橡胶。本发明使用时，首先打开气密门2，装上隔板5，启动负压泵11，在第一真空吸盘8、第二真空吸盘9上分别吸附上大小不同的两个铁球，之后关闭气密门2，关闭负压泵11，由于负压泵11分别与第一计时模块、第二计时模块相连，因此当负压泵11关闭时，由于两个真空吸盘处的气压连通，因此两个铁球会同时掉落，同时两个计时模块同时开始计时。位于第一腔室6内的铁球掉落到第一小球感应装置12上，第一小球感应装置12感应到小球后向第一计时模块发出指令，第一计时模块终止计时并将计时结果传输至显示屏进行显示。同理，位于第二腔室7内的铁球掉落到第二小球感应装置13上，由第二计时模块计时并将计时结果传输至显示屏进行显示。以此实现直观、精确的获取两个铁球的自由落体时间的目的，同时学生们可以根据自由落体时间对当地的重力加速度值进行计算求解，以此提高获取知识的趣味性与自主动手能力。本发明相较于传统的仅能实现自由落体的实验设备，还提高了实验内容的多样性，能够让学生们更加直观简单的理解基础物理知识。选取真空玻璃制作气密门2的门板，利用真空优良的隔音降噪性能，降低对学生可能造成的影响与伤害，提高实验的安全性，保护学生听觉不受影响。本实施例还能够单独变换温度条件、或配合增压泵同时变化温度、压力条件，进行各种温度压力下的自由落体实验并与正常温度压力下进行对比，以此使得实验更加丰富多样，更加清楚的向学生们解释重力加速度的成因与要素。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于物理教学的当地重力加速度试验装置，包括箱体(1)，其特征在于，所述箱体(1)的正面设置气密门(2)，所述气密门(2)的门板由透明材料制作而成；箱体(1)内部底面设置第一凹槽(3)，箱体(1)内部顶面设置与所述第一凹槽(3)正对的第二凹槽(4)，所述第一凹槽(3)、第二凹槽(4)的长度与箱体(1)内部深度一致；还包括与所述第一凹槽(3)、第二凹槽(4)相匹配的隔板(5)，所述隔板(5)滑动设置在第一凹槽(3)、第二凹槽(4)之间，且隔板(5)长度与第一凹槽(3)、第二凹槽(4)的长度相等；当气密门(2)关闭时，所述第一凹槽(3)、第二凹槽(4)、隔板(5)均垂直于气密门(2)；当气密门(2)打开时，隔板(5)能够从第一凹槽(3)、第二凹槽(4)中取出；所述隔板(5)位于第一凹槽(3)、第二凹槽(4)之间时，将箱体(1)内部分为第一腔室(6)、第二腔室(7)，所述第一腔室(6)、第二腔室(7)的顶部分别设置第一真空吸盘(8)、第二真空吸盘(9)，两个真空吸盘的高度相同且均配置有吸气管线；所述箱体(1)外侧设置三通(10)、负压泵(11)，所述三通(10)分别与第一真空吸盘(8)的吸气管线、第二真空吸盘(9)的吸气管线、负压泵(11)连通；所述第一腔室(6)、第二腔室(7)的底面分别设置第一小球感应装置(12)、第二小球感应装置(13)，所述第一小球感应装置(12)位于第一真空吸盘(8)的正下方，第二小球感应装置(13)位于第二真空吸盘(9)的正下方；还包括第一计时模块、第二计时模块、显示屏(14)；所述第一计时模块的输入端与第一小球感应装置(12)、负压泵(11)连接；所述第二计时模块的输入端与第二小球感应装置(13)、负压泵(11)连接；所述第一计时模块、第二计时模块的输出端均与显示屏(14)相连。

2.根据权利要求1所述的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其特征在于，第一真空吸盘(8)与三通(10)之间、第二真空吸盘(9)与三通(10)之间均设置有阀门。

3.根据权利要求1所述的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其特征在于，所述气密门(2)的门板由真空玻璃制作而成。

4.根据权利要求1所述的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其特征在于，所述第一小球感应装置(12)、第二小球感应装置(13)均为压力传感器。

5.根据权利要求1所述的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其特征在于，所述箱体(1)外部还设置增压设备(15)，所述增压设备(15)通过气密管线连通至第二腔室(7)内部。

6.根据权利要求5所述的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其特征在于，所述第二腔室(7)的内部还设置有电加热装置(16)、温度传感器(17)，所述温度传感器(17)与显示屏(14)相连。

7.根据权利要求5所述的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其特征在于，所述增压设备(15)与第二腔室(7)之间的气密管线上设置阀门。

8.根据权利要求1所述的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其特征在于，所述隔板(5)为真空绝热板。

9.根据权利要求1所述的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其特征在于，所述箱体(1)顶部设置两个气压表(18)，两个气压表(18)分别连通至第一腔室(6)、第二腔室(7)内。

10.根据权利要求1所述的用于物理教学的当地重力加速度试验装置，其特征在于，所述第一凹槽(3)、第二凹槽(4)、隔板(5)表面均覆盖一层橡胶。