CN107680454A - 一种用于测量当地重力加速度的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于测量当地重力加速度的实验装置，包括铁球、设有气密门的透明真空箱、设置于透明真空箱外侧的抽真空泵且其通过管道接于透明真空箱内部、设置于透明真空箱外的负压泵及计时器、设置于透明真空箱内侧顶部且与负压泵连接的真空吸盘、和设置于透明真空箱内侧底部的缓冲块，在缓冲块上设置有一感应装置，所述计时器分别与负压泵和感应装置连接，在透明真空箱外侧上垂直设置有高度刻度板，所述真空吸盘的中轴线、铁球的中轴线和感应装置的中轴线均位于同一垂直线上。本发明结构简单，实验精确度高；并且利用真空吸盘控制铁球做自由落体运动，使铁球的初速度逼近零，减小实验误差。
Description
技术领域
本发明涉及物理教学技术领域，具体涉及一种用于测量当地重力加速度的实验装置。
背景技术
自由落体的重力加速度由重力产生称为重力加速度g，根本原因由万有引力产生，其是一个重要的地球物理常数，地球上各点的加速度数值随该地的纬度、海拔高度及该地区地质构造的不同而不同。测量重力加速度g的方法包括：单摆测重力加速度、滴水法测重力加速度、自由落体法测重力加速度等。在自由落体法测重力加速度的仪器中，现有的实验仪器主要由立柱、电磁铁吸附器和光电门组成，立柱固定在三脚底座上上端有一个电磁铁吸附器立柱上有米尺，两个光电门可以沿立柱上下移动，利用电磁铁吸附器的作用使钢球自动脱落，作自由落体运动，立柱上的光电门与计时仪联接，光电门与计时仪是按以下方式联接的，即当两个光电门的任一个被挡住时，计时仪开始计时，当两个光电门中任一个被再次挡光时，计时终止，计时仪显示的是两次挡光之间的时间间隔。实验原理小球从A点沿竖直方向自由下落将两个光电门分别放在B、C处记下BC之间的距离s和小球经过B、C两点的时间间隔t，利用s＝vt+1/2gt2，铁球是做自由落体的，v为零，计算得到g的值。这样的设计方案，存在两个影响实验结果的问题：一是受空气助力的作用，造成计算误差，影响实验的精度；二是电磁铁吸附器在断电的瞬间还存在剩磁，存在初速度，同样影响实验的精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种误差小、实验精确度高的用于测量当地重力加速度的实验装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种用于测量当地重力加速度的实验装置，包括铁球、设有气密门的透明真空箱、设置于透明真空箱外侧的抽真空泵且其通过管道接于透明真空箱内部、设置于透明真空箱外的负压泵及计时器、设置于透明真空箱内侧顶部且与负压泵连接的真空吸盘、和设置于透明真空箱内侧底部的缓冲块，在缓冲块上设置有一感应装置，所述计时器分别与负压泵和感应装置连接，在透明真空箱外侧上垂直设置有高度刻度板，所述真空吸盘的中轴线、铁球的中轴线和感应装置的中轴线均位于同一垂直线上。
上述方案优选的，为了让实验更生动，且可以测量不同高度的重力加速度，所述真空吸盘可以通过可伸缩杆连接于透明真空箱内侧顶部，伸缩杆上端伸出透明真空箱，且伸缩杆上端设有开关按钮。
上述方案优选的，为了可以测量透明真空箱内的气压，本申请还可以包括设置于透明真空箱内部的气压计。
上述方案优选的，为了可以保护铁球，所述缓冲块的上部为弧形结构，感应装置设置于弧形结构的最低点。
上述方案优选的，本申请还包括设置于透明真空箱外侧的显示屏，该显示屏与计时器连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、结构简单，实验精确度高；
2、利用真空吸盘控制铁球做自由落体运动，使铁球的初速度逼近零，减小实验误差；
3、在真空条件下进行实验，减小因空气助力带来的误差。
附图说明
图1为一种用于测量当地重力加速度的实验装置的结构示意图。
图中标号为：1、透明真空箱；2、气密门；3、铁球；4、负压泵；5、计时器；6、真空吸盘；7、缓冲块；8、感应装置；9、气压计；10、抽真空泵；11、刻度板；12、可伸缩杆；13、显示屏。
具体实施方式
本发明为一种用于测量当地重力加速度的实验装置，如图1所示，包括长方形的竖立透明真空箱1，透明真空箱的一侧为气密门2，在透明真空箱1外安装有抽真空泵10，抽真空泵10通过管道连接到透明真空箱1内部，以确保在实验时透明真空箱1内为真空状态，避免受空气阻力的作用，影响实验的精确度。在透明真空箱1内部的气压计9，用以测量透明真空箱1的压力。在透明真空箱1外还安装有负压泵4和计时器5，负压泵4的开关按钮与计时器5相连，以启动计时器5开始计时。负压泵4穿入透明真空箱1与安装在透明真空箱1顶部的真空吸盘6连接，真空吸盘6用于吸附铁球3，在实验开始时，在负压泵4的作用下，真空吸盘6松开铁球3，铁球3做自由落体运动。在透明真空箱1的内侧底部设置有缓冲块7，在缓冲块7上设置有一感应装置8，该感应装置8与计时器5相连，用以在铁球3下落碰到感应装置8时，发出信号控制计时器5停止计时。在透明真空箱1外侧上垂直设置有高度刻度板11，用以测量铁球3的下落距离。为了提高实验的精确度，所述真空吸盘6的中轴线、铁球3的中轴线和感应装置8的中轴线均位于同一垂直线上。
虽然当物体距地面高度远远小于地球半径时，重力加速度g的变化不大，但为了证明更形象的展示给学生，所述真空吸盘6通过可伸缩杆12连接于透明真空箱1内侧顶部，伸缩杆上端伸出透明真空箱1，且伸缩杆上端设有开关按钮。通过控制伸缩杆的开关按钮控制伸缩杆的长度，进而控制铁球3的下落距离。
所述缓冲块7的上部为弧形结构，这样在铁球3下落时，起到缓冲的作用，并且使铁球3可以定在缓冲块7上，保护实验装置不被砸坏。为了方便测量铁球3的下落距离、和保证铁球3可以在设定的地方碰撞到感应装置8，感应装置8最好设置于弧形结构的最低点。
本申请还包括设置于透明真空箱1外侧的显示屏13，该显示屏13与计时器5连接。显示屏13可以与外部控制器连接，控制器内设置好计算式及测量的距离值和下落时间，计算出重力加速度g的值，直接显示在显示屏13上。
当然，上面只是结合附图对本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种用于测量当地重力加速度的实验装置，其特征在于：包括铁球(3)、设有气密门(2)的透明真空箱(1)、设置于透明真空箱(1)外侧的抽真空泵(10)且其通过管道接于透明真空箱(1)内部、设置于透明真空箱(1)外的负压泵(4)及计时器(5)、设置于透明真空箱(1)内侧顶部且与负压泵(4)连接的真空吸盘(6)、和设置于透明真空箱(1)内侧底部的缓冲块(7)，在缓冲块(7)上设置有一感应装置(8)，所述计时器(5)分别与负压泵(4)和感应装置(8)连接，在透明真空箱(1)外侧上垂直设置有高度刻度板(11)，所述真空吸盘(6)的中轴线、铁球(3)的中轴线和感应装置(8)的中轴线均位于同一垂直线上。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量当地重力加速度的实验装置，其特征在于：所述真空吸盘(6)通过可伸缩杆(12)连接于透明真空箱(1)内侧顶部，伸缩杆上端伸出透明真空箱(1)，且伸缩杆上端设有开关按钮。
3.根据权利要求1所述的一种用于测量当地重力加速度的实验装置，其特征在于：还包括设置于透明真空箱(1)内部的气压计(9)。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种用于测量当地重力加速度的实验装置，其特征在于：所述缓冲块(7)的上部为弧形结构，感应装置(8)设置于弧形结构的最低点。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的一种用于测量当地重力加速度的实验装置，其特征在于：还包括设置于透明真空箱(1)外侧的显示屏(13)，该显示屏(13)与计时器(5)连接。
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