CN106960617A - 一种重力加速度实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于物理实验装置技术领域，提供了一种重力加速度实验装置，包括箱体，箱体内设有单摆实验器和至少两个自由落体实验器；自由落体实验器包括透明管筒、至少三个光电门和自由落体计时器，透明管筒的上面设有环形电磁铁；单摆实验器包括第一立杆、第二立杆、光电计数器以及单摆计时器，第一立杆的顶部设有横杆，横杆上设有摆线，摆线的下端设有摆球，箱体内壁上设有可上下移动的用于吸附摆球的摆球固定电磁铁。本发明提供的重力加速度实验装置，可进行自由落体和单摆测定重力加速度的实验，同时还可进行傅科钟摆实验，操作简便、可准确测定重力加速度、实验误差小、准确度高，实验过程直观明了。
Description
技术领域
本发明属于物理实验技术领域，尤其涉及一种重力加速度实验装置。
背景技术
自由落体实验、单摆实验是物理学科中必须的实验课程，而现在，绝大多数的物理教学中使用的是自由落体-打点计数器的实验方法，此方法的误差较大，教学过程中不容易向学生进行直观的实验展示。此外，现有的物理实验设备用法单一，不能同时进行多项实验，无法有效的加以利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种操作简便、可两种方式准确测定重力加速度、实验误差小、实验过程直观明了，可进行自由落体实验和单摆实验的重力加速度实验装置。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种重力加速度实验装置，包括箱体，所述箱体为上盖可打开的密封透明箱体，所述箱体内设有单摆实验器、至少两个自由落体实验器、电子显示屏以及从所述箱体抽出空气的真空泵；
所述自由落体实验器包括透明管筒、至少三个光电门和自由落体计时器；
所述透明管筒竖向设置，并且固定设置于固定底座上，所述透明管筒的底部内侧有橡胶缓冲垫，所述橡胶缓冲垫上开设有钢球导出槽，所述透明管筒上对应所述钢球导出槽的出口位置设有开口，所述透明管筒的顶部设有环形电磁铁，所述环形电磁铁用于吸附钢球；
所述光电门用于记录所述钢球经过时的瞬时速度，所有所述光电门自上而下依次设置于所述透明管筒上；
所述自由落体计时器的信号输入端与所述光电门的信号输出端电联接，用于记录钢球落下经过所述光电门的时刻，所述光电门、所述自由落体计时器以及所述环形电磁铁的控制电路上设有第一实验控制开关；
所述单摆实验器包括第一立杆、第二立杆、光电计数器以及单摆计时器；
所述第一立杆和所述第二立杆均固定设置于固定基座上，所述第一立杆的顶部设有横杆，所述横杆上设有摆线，所述摆线的下端设有摆球，所述箱体内壁上设有可上下移动的用于吸附摆球的摆球固定电磁铁；
所述光电计数器用于记录摆球经过的次数，所述光电计数器的计数器信号发射部和计数器信号接收部分别可上下调节地对应设置于所述第一立杆和所述第二立杆上；
所述单摆计时器的信号输入端与所述光电计数器的信号输出端电联接，用于记录摆球经过所述光电计数器的时刻，所述光电计数器、所述单摆计时器以及所述摆球固定电磁铁的控制电路上设有第二实验控制开关；
所述电子显示屏的信号输入端分别与所述光电门、所述自由落体计时器、所述光电计数器和所述单摆计时器的信号输出端电联接。
优选的，所述横杆的上面设有摆线卷绕装置，所述摆线卷绕装置包括转动设置的卷轴，所述摆线的上段卷绕于所述卷轴上，所述卷轴的一端设有摇柄，所述横杆上固定设有摆线固定夹，所述摆球的下端设有摆尖，所述固定基座上对应设有沙盘。
优选的，所述箱体外壁上设有操作面板，所述第一实验控制开关、所述第二实验控制开关、所述真空泵的真空泵控制开关以及所述电子显示屏均位于所述操作面板上。
优选的，所述透明管筒的两侧沿竖向设有对称设置的两个光电门滑孔，所述光电门的所述光电门信号发射部和所述光电门信号接收部分别固定设置于工型滑块上，所述工型滑块穿过所述光电门滑孔并与所述透明管筒滑动连接，所述工型滑块位于所述透明管筒外侧的部分拧设有用于固定所述工型滑块的紧固螺钉。
优选的，所述计数器信号发射部和所述计数器信号接收部分别固定设置于管状滑块上，所述管状滑块分别对应滑动套设于所述第一立杆和所述第二立杆上，所述管状滑块上也拧设有用于固定所述管状滑块的所述紧固螺钉。
优选的，所述箱体内还设有蓄电池，所述蓄电池分别与第一实验控制开关、所述第二实验控制开关、所述真空泵控制开关以及所述电子显示屏的显示屏控制开关电联接。
优选的，所述透明管筒上标有刻度。
优选的，所述橡胶缓冲垫的上面开设有开口向上的半球形凹坑，所述钢球导出槽的入口位于所述凹坑的弧底部。
优选的，所述箱体上还设有压力表和水平仪。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供的重力加速度实验装置，密封的箱体可以减少空气流动造成的实验误差，而学生则可通过透明的箱体观察实验现象，需要时，可启动真空泵将箱体内的空气抽出，形成真空环境；
当进行自由落体实验时，打开第一实验控制开关，使环形电磁铁通电生磁，然后将钢球放置于环形电磁铁上，然后调节第一实验控制开关，使环形电磁铁断电消磁，使钢球落入透明管筒内，同时自由落体计时器通电计时、光电门通电测速，并记录钢球经过各个光电门时的瞬时速度以及钢球落下的时间，并在电子显示屏上显示出来，便于记录计算，从而实现通过自由落体运动测定重力加速度的实验；
在箱体内设置至少两个自由落体实验器，则可通过同时使用不同大小的钢球进行自由落体运动规律的验证实验；
使用环形电磁铁吸附钢球，可使钢球从零速自由落体，并在落下的同时自由落体计时器开始计时，有利于获得更准确的实验数据，提高实验的准确性；
在透明管筒的底部内侧有橡胶缓冲垫，橡胶缓冲垫上开设有钢球导出槽，透明管筒上对应钢球导出槽的出口位置设有开口，则可使钢球落地稳定，并滚出透明管筒，便于下次实验的准备；
当进行单摆实验时，打开第二控制开关，使摆球固定电磁铁通电生磁，然后将摆球吸附于摆球固定电磁铁上，然后调节第二控制开关，使摆球固定电磁铁断电消磁，使钢球落下，同时光电计数器和单摆计时器通电工作，并记录摆球经过光电计数器的次数以及时间，并在电子显示屏上显示出来，便于记录计算，从而实现通过单摆运动测定重力加速度的实验；
使用摆球固定电磁铁吸附钢球，可使钢球从零速落下，并在落下的同时单摆计时器开始计时，有利于获得更准确的实验数据，提高实验的准确定，而将摆球固定电磁铁可移动地设置于箱体的内壁上，便于根据摆线的长度，调节摆球固定电磁铁的位置，有利于提高实验的准确性。
在横杆的上面转动设有摆线卷绕装置，摆线卷绕装置内转动设有卷轴，并将摆线的上段卷绕于卷轴上，在横杆上固定设有摆线固定夹，摆球的下端设有摆尖，固定基座上对应设有沙盘，则可根据需要调节摆线的长度，并将其长度固定，以获取不同的实验数据，同时，通过调节摆线长度，使摆尖探至沙盘上，还可进行傅科钟摆实验，使摆尖能在沙盘上画出清晰的轨迹，验证地球自转和自转方向，便于学生观察和学习。
在箱体外壁上设置操作面板，并将第一实验控制开关、第二实验控制开关、真空泵的真空泵控制开关以及电子显示屏均位于所述操作面板上，则便于对各项实验的集中操作，有利于实验数据的观察和记录。
在透明管筒的两侧沿竖向设有对称设置的两个光电门滑孔，光电门的光电门信号发射部和光电门信号接收部分别固定设置于工型滑块上，工型滑块穿过光电门滑孔并与透明管筒滑动连接，工型滑块位于透明管筒外侧的部分拧设有用于固定工型滑块的紧固螺钉，则可便于调节光电门的高度，以获取不同的自由落体实验数据，提高自由落体实验的准确性。
将计数器信号发射部和计数器信号接收部分别固定设置于管状滑块上，管状滑块分别对应滑动套设于第一立杆和第二立杆上，管状滑块上也拧设有用于固定管状滑块的紧固螺钉，则可便于根据摆线的长度调整光电计数器的高度，获取准确的实验数据，提高单摆实验的准确性。
在箱体内设置蓄电池，并将蓄电池分别与第一实验控制开关、第二实验控制开关、真空泵控制开关以及实验电子显示屏的显示屏控制开关电联接，则可无需接通外接电源即能进行上述实验。
在透明管筒上标有刻度，则可便于光电门的位置定位及重力加速度的数据记录及计算，将相邻的两个光电门均设置于相同的距离上，则可进行伽利略加速度实验。
在橡胶缓冲垫的上面开设有开口向上的半球形凹坑，并将钢球导出槽的入口位于凹坑的弧底部，则可防止钢球落下后因反弹、滚动撞击透明管筒，使钢球沿凹坑内壁进入钢球导出槽，并滚出透明管筒，便于下次实验的准备。
在箱体上设有压力表，可监测箱体内的空气留存量，继而观察空气阻力对实验的影响；设置水平仪，则可便于整个试验装置的调平，确保该重力加速度实验装置处于水平状态。
本发明提供的重力加速度实验装置，可进行自由落体和单摆测定重力加速度的实验，同时还可进行傅科钟摆实验，操作简便、可准确测定重力加速度、实验误差小、准确度高，实验过程直观明了。
附图说明
图1是本发明实施例提供的重力加速度实验装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的重力加速度实验装置的电联接线框示意图；
图3是图1中的A-A方向的结构剖视示意图；
图4是本发明实施例提供的橡胶缓冲垫的结构结构主视剖视图；
图5是本发明实施例提供的摆线卷绕装置的结构剖视示意图；
图6是本发明实施例提供的单摆实验器呈傅科钟摆实验状态时的结构示意图；
图中：1-箱体，2-自由落体实验器，21-透明管筒，211-光电门滑孔，22-光电门，23-自由落体计时器，24-固定底座，25-橡胶缓冲垫，251-钢球导出槽，252-凹坑，26-环形电磁铁，27-钢球，28-第一实验控制开关，29-工型滑块，3-单摆实验器，311-第一立杆，312-第二立杆，313-横杆，314-摆线，315-摆球，3151-摆尖，316-摆线固定夹，32-光电计数器，33-单摆计时器，34-摆球固定电磁铁，35-第二实验控制开关，36-摆线卷绕装置，361-卷轴，362-摇柄，37-沙盘，38-管状滑块，4-电子显示屏，41-显示屏控制开关5-真空泵，51-真空泵控制开关，6-操作面板，7-蓄电池，8-压力表，9-水平仪。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1和图2共同示出了本发明实施例提供的重力加速度实验装置的结构示意图，为了便于说明，本图仅提供与本发明有关的结构部分。
重力加速度实验装置包括箱体1，箱体1为上盖可打开的密封透明箱体，密封的箱体1可以减少空气流动造成的实验误差,而学生则可通过透明的箱体观察实验现象，箱体1内设有单摆实验器3、至少两个自由落体实验器2、电子显示屏4以及从箱体1抽出空气的真空泵5；
在箱体1内设置至少两个自由落体实验器2，则可通过同时使用不同大小的钢球27进行自由落体运动规律的验证实验，需要时，可启动真空泵5将箱体1内的空气抽出，形成真空环境；
自由落体实验器2包括透明管筒21、至少三个光电门22和自由落体计时器23；
透明管筒21竖向设置，并且固定设置于固定底座24上，透明管筒21的底部内侧有橡胶缓冲垫25，如图3所示，橡胶缓冲垫25上开设有钢球导出槽251，透明管筒21上对应钢球导出槽251的出口位置设有开口，在橡胶缓冲垫25的上面开设有开口向上的半球形凹坑252，并将钢球导出槽251的入口位于凹坑252的弧底部，则可使钢球27落地稳定，防止钢球27落下后因反弹、滚动撞击透明管筒21，使钢球27沿凹坑内壁进入钢球导出槽251，并滚出透明管筒21，便于下次实验的准备，透明管筒21的顶部设有环形电磁铁26，使用环形电磁铁26吸附钢球27，可使钢球27从零速自由落体，并在落下的同时自由落体计时器23开始计时，有利于获得更准确的实验数据，提高实验的准确性；
所有光电门22自上而下依次设置于透明管筒21上，用于记录钢球27经过时的瞬时速度；
自由落体计时器23的信号输入端与光电门22的信号输出端电联接，用于记录钢球落下经过光电门的时刻，光电门22、自由落体计时器23以及环形电磁铁26的控制电路上设有第一实验控制开关28，在该实施例中，第一控制开关28为组合式开关，启动时，环形电磁铁26通电生磁，一次调节后，环形电磁铁26断电消磁，同时光电门22和自由落体计时器23通电工作，关闭时，所有电路断电；
电子显示屏4的信号输入端分别与光电门22和自由落体计时器23的信号输出端电联接；
如图4所示，在该实施例中，在透明管筒21的两侧沿竖向设有对称设置的两个光电门滑孔211，光电门22的光电门信号发射部和光电门信号接收部分别固定设置于工型滑块29上，工型滑块29穿过光电门滑孔211并与透明管筒21滑动连接，工型滑块29位于透明管筒21外侧的部分拧设有用于固定工型滑块29的紧固螺钉，则可便于调节光电门22的高度，以获取不同的自由落体实验数据，提高自由落体实验的准确性；
当进行自由落体实验时，打开第一实验控制开关28，使环形电磁铁26通电生磁，然后将钢球27放置于环形电磁铁26上，然后调节第一实验控制开关28，使环形电磁铁26断电消磁，使钢球27落入透明管筒21内，同时自由落体计时器23通电计时、光电门22通电测速，并记录钢球27经过各个光电门22时的瞬时速度以及钢球27落下的时间，并在电子显示屏4上显示出来，便于记录计算，从而实现通过自由落体运动测定重力加速度的实验；
在透明管筒21上标有刻度，则可便于光电门22的位置定位及重力加速度的数据记录及计算，将相邻的两个光电门22均设置于相同的距离上，则可进行伽利略加速度实验。
单摆实验器3包括第一立杆311、第二立杆312、光电计数器32以及单摆计时器33；
第一立杆311和第二立杆312均固定设置于固定基座上，第一立杆311的顶部设有横杆313，横杆313上设有摆线314，摆线314的下端设有摆球315，箱体1内壁上设有可上下移动的用于吸附摆球315的摆球固定电磁铁34，使用摆球固定电磁铁34吸附钢球315，可使钢球315从零速落下，并在落下的同时单摆计时器33开始计时，有利于获得更准确的实验数据，提高实验的准确定，而将摆球固定电磁铁34可移动地设置于箱体1的内壁上，便于根据摆线314的长度，调节摆球固定电磁铁34的位置，有利于提高实验的准确性；
光电计数器32用于记录摆球315经过的次数，光电计数器32的计数器信号发射部和计数器信号接收部分别可上下调节地对应设置于第一立杆311和第二立杆312上；
在该实施例中，将计数器信号发射部和计数器信号接收部分别固定设置于管状滑块38上，管状滑块38分别对应滑动套设于第一立杆311和第二立杆312上，管状滑块38上也拧设有用于固定管状滑块38的紧固螺钉，则可便于根据摆线314的长度调整光电计数器32的高度，获取准确的实验数据，提高单摆实验的准确性。
单摆计时器33的信号输入端与光电计数器32的信号输出端电联接，用于记录摆球315经过光电计数器32的时刻，光电计数器32、单摆计时器33以及摆球固定电磁铁34的控制电路上设有第二实验控制开关35，在该实施例中，第二控制开关35为组合式开关，启动时，摆球固定电磁铁34通电生磁，一次调节后，摆球固定电磁铁34断电消磁，同时光电计数器32和单摆计时器33通电工作，关闭时，所有电路断电；
电子显示屏4的信号输入端分别与光电计数器32和单摆计时器33的信号输出端电联接；
当进行单摆实验时，打开第二控制开关35，使摆球固定电磁铁34通电生磁，然后将摆球315吸附于摆球固定电磁铁34上，然后调节第二控制开关35，使摆球固定电磁铁34断电消磁，使钢球315落下，同时光电计数器32和单摆计时器33通电工作，并记录摆球315经过光电计数器32的次数以及时间，并在电子显示屏上4显示出来，便于记录计算，从而实现通过单摆运动测定重力加速度的实验；
如图5所示，在横杆313的上面设有摆线卷绕装置36，摆线卷绕装置36内转动设有卷轴361，摆线314的上段卷绕于卷轴361上，卷轴361的一端设有摇柄362，横杆313上固定设有摆线固定夹316，摆球315的下端设有摆尖3151，固定基座上对应设有沙盘37，则可根据需要调节摆线314的长度，并将其长度固定，以获取不同的实验数据，同时，如图6所示，通过调节摆线314长度，使摆尖3151探至沙盘37上，还可进行傅科钟摆实验，使摆尖3151能在沙盘上画出清晰的轨迹，验证地球自转和自转方向，便于学生观察和学习。
在箱体1外壁上设置操作面板6，将第一实验控制开关28、第二实验控制开关35、真空泵5的真空泵控制开关51以及电子显示屏4均位于操作面板6上，则便于对各项实验的集中操作，有利于实验数据的观察和记录；
在箱体内设置蓄电池7，并将蓄电池7分别与第一实验控制开关28、第二实验控制开关35、真空泵控制开关51以及实验电子显示屏4的显示屏控制开关41电联接，则可无需接通外接电源即能进行上述实验。
在箱体上设有压力表8，可监测箱体1内的空气留存量，继而观察空气阻力对实验的影响；设置水平仪9，则可便于整个试验装置的调平，确保该重力加速度实验装置处于水平状态。
本发明提供的重力加速度实验装置，可进行自由落体和单摆测定重力加速度的实验，同时还可进行傅科钟摆实验，操作简便、可准确测定重力加速度、实验误差小、准确度高，实验过程直观明了。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种重力加速度实验装置，包括箱体，其特征在于:所述箱体为上盖可打开的密封透明箱体，所述箱体内设有单摆实验器、至少两个自由落体实验器、电子显示屏以及从所述箱体抽出空气的真空泵；
所述自由落体实验器包括透明管筒、至少三个光电门和自由落体计时器；
所述透明管筒竖向设置，并且固定设置于固定底座上，所述透明管筒的底部内侧有橡胶缓冲垫，所述橡胶缓冲垫上开设有钢球导出槽，所述透明管筒上对应所述钢球导出槽的出口位置设有开口，所述透明管筒的顶部设有环形电磁铁，所述环形电磁铁用于吸附钢球；
所述光电门用于记录所述钢球经过时的瞬时速度，所有所述光电门自上而下依次设置于所述透明管筒上；
所述自由落体计时器的信号输入端与所述光电门的信号输出端电联接，用于记录钢球落下经过所述光电门的时刻，所述光电门、所述自由落体计时器以及所述环形电磁铁的控制电路上设有第一实验控制开关；
所述单摆实验器包括第一立杆、第二立杆、光电计数器以及单摆计时器；
所述第一立杆和所述第二立杆均固定设置于固定基座上，所述第一立杆的顶部设有横杆，所述横杆上设有摆线，所述摆线的下端设有摆球，所述箱体内壁上设有可上下移动的用于吸附摆球的摆球固定电磁铁；
所述光电计数器用于记录摆球经过的次数，所述光电计数器的计数器信号发射部和计数器信号接收部分别可上下调节地对应设置于所述第一立杆和所述第二立杆上；
所述单摆计时器的信号输入端与所述光电计数器的信号输出端电联接，用于记录摆球经过所述光电计数器的时刻，所述光电计数器、所述单摆计时器以及所述摆球固定电磁铁的控制电路上设有第二实验控制开关；
所述电子显示屏的信号输入端分别与所述光电门、所述自由落体计时器、所述光电计数器和所述单摆计时器的信号输出端电联接。
2.如权利要求1所述的重力加速度实验装置，其特征在于:所述横杆的上面设有摆线卷绕装置，所述摆线卷绕装置包括转动设置的卷轴，所述摆线的上段卷绕于所述卷轴上，所述卷轴的一端设有摇柄，所述横杆上固定设有摆线固定夹，所述摆球的下端设有摆尖，所述固定基座上对应设有沙盘。
3.如权利要求1或2所述的重力加速度实验装置，其特征在于:所述箱体外壁上设有操作面板，所述第一实验控制开关、所述第二实验控制开关、所述真空泵的真空泵控制开关以及电子显示屏均位于所述操作面板上。
4.如权利要求3所述的重力加速度实验装置，其特征在于:所述透明管筒的两侧沿竖向设有对称设置的两个光电门滑孔，所述光电门的光电门信号发射部和光电门信号接收部分别固定设置于工型滑块上，所述工型滑块穿过所述光电门滑孔并与所述透明管筒滑动连接，所述工型滑块位于所述透明管筒外侧的部分拧设有用于固定所述工型滑块的紧固螺钉。
5.如权利要求4所述的重力加速度实验装置，其特征在于:所述计数器信号发射部和所述计数器信号接收部分别固定设置于管状滑块上，所述管状滑块分别对应滑动套设于所述第一立杆和所述第二立杆上，所述管状滑块上也拧设有用于固定所述管状滑块的所述紧固螺钉。
6.如权利要求5所述的重力加速度实验装置，其特征在于:所述箱体内还设有蓄电池，所述蓄电池分别与第一实验控制开关、所述第二实验控制开关、所述真空泵控制开关以及所述电子显示屏的显示屏控制开关电联接。
7.如权利要求6所述的重力加速度实验装置，其特征在于:所述透明管筒上标有刻度。
8.如权利要求7所述的重力加速度实验装置，其特征在于:所述橡胶缓冲垫的上面开设有开口向上的半球形凹坑，所述钢球导出槽的入口位于所述凹坑的弧底部。
9.如权利要求8所述的重力加速度实验装置，其特征在于:所述箱体上还设有压力表和水平仪。
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20170718 |
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| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |