CN107808572B - 一种高中物理用自由落体运动演示架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高中物理用自由落体运动演示架，包括箱体、支撑腿、固定底杆、柜门和PVC实验带，所述固定底杆两端下表面分别固定焊接有万向轮，所述固定底杆上表面中心固定焊接有支撑腿，所述支撑腿远离固定底杆一端固定焊接有连接板，所述连接板远离支撑腿一侧面固定焊接有箱体，所述箱体底部内壁一侧固定安装有二次电源，所述箱体底部内壁另一侧固定安装有变压器，所述箱体内部位于变压器顶部固定安装有插座，所述箱体底部内壁固定安装有第一铰链，所述箱体内壁通过第一铰链转动安装有电源柜门，本发明通过改变高速摄像机的拍照频率，能够在只有较短纸带的时候也能够进行探究自由落体运动时速度的变化关系，使得实验效果更加方便。

Description

一种高中物理用自由落体运动演示架

技术领域

本发明涉及教学用具技术领域，具体为一种高中物理用自由落体运动演示架。

背景技术

自由落体指在不受任何阻力，只在重力作用下而降落的物体，叫“自由落体”。如在地球引力作用下由静止状态开始下落的物体。地球表面附近的上空可看作是恒定的重力场。如不考虑大气阻力，在该区域内的自由落体运动是匀加速直线运动。其加速度恒等于重力加速度g。虽然地球的引力和物体到地球中心距离的平方成反比，但地球的半径远大于自由落体所经过的路程，所以引力在地面附近可看作是不变的，自由落体的加速度即是一个不变的常量。它是初速为零的匀加速直线运动。在高中教学中常用打点计时器来探究自由落体运动的规律。

电磁打点计时器：电磁打点计时器是一种能够按照相同的时间间隔，在纸带上线序打点的仪器。当给电磁打点计时器的线圈通电后，线圈产生磁场，线圈中的振片被磁化，振片在永久磁铁磁场的作用下向上或向下运动，由于交流电的方向每个周期要变化两次，因此振片被磁化后的磁极要发生周期性变化，永久磁铁对它的作用力的方向也要发生周期性变化，在交流电的一个周期内打点一次，即每两个点间的时间间隔等于交流电的周期。电磁打点计时器工作时的阻力相对电火花打点计时器而言较大。电火花打点计时器的计时原理与电磁打点计时器相同，不过在纸带上打点的不是振针和复写纸，而是电火花和墨粉，给电火花打点计时器接220V电源，按下脉冲输出开关，计时器发出的脉冲电流，接正极的放电针和墨粉纸盘到接负极的纸盘轴，产生火花放电，于是在纸带上打出一系列的点，而且在交流电的每个周期放电一次，因此电火花打点计时器打出点间的时间间隔等于交流电的周期，当电源频率为50Hz时，它每隔0.02s打一次点。

但是，传统的打点计时器在使用过程中存在一些弊端，比如：

1、传统的无论是电磁打点计时器还是电火花打点计时器，在使用时打点的频率都是确定的，因此如果打点用的纸带长度过短的时候现有的打点计时器就不能够打出足够多的点供使用者探究学习。

2、传统的打点计时器在使用时都需要专用的纸带才能够完成实验，在实际教学中经常出现纸带被用完而不能进行实验的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高中物理用自由落体运动演示架，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高中物理用自由落体运动演示架，包括箱体、支撑腿、固定底杆、柜门和PVC实验带，所述固定底杆两端下表面分别固定焊接有万向轮，所述固定底杆上表面中心固定焊接有支撑腿，所述支撑腿远离固定底杆一端固定焊接有连接板，所述连接板远离支撑腿一侧面固定焊接有箱体，所述箱体底部内壁一侧固定安装有二次电源，所述箱体底部内壁另一侧固定安装有变压器，所述箱体内部位于变压器顶部固定安装有插座，所述箱体底部内壁固定安装有第一铰链，所述箱体内壁通过第一铰链转动安装有电源柜门；所述箱体底部外壁固定安装有第二铰链，所述箱体通过第二铰链转动安装有柜门，所述柜门内壁中部固定安装有高速摄像机，所述柜门内壁位于高速摄像机一侧固定安装有双向开关，所述柜门内壁远离第二铰链一端中部固定焊接有安装杆，所述安装杆中部固定安装有标线，所述安装杆顶部一侧固定安装有电磁铁，所述安装杆顶部另一侧固定安装有复位弹簧，所述复位弹簧远离安装杆一端固定安装有吸附固定块；所述PVC实验带底部活动安装有挂块，所述PVC实验带固定设置在电磁铁与吸附固定块之间；所述二次电源与变压器、变压器与插座均为电性耦接；所述电磁铁、高速摄像机均与双向开关电性耦接。

通过这样的设计，通过改变高速摄像机的拍照频率，能够在只有较短纸带的时候也能够进行探究自由落体运动时速度的变化关系，使得实验效果更加方便；同时，PVC实验带重复利用率高，节省资源且不会由于缺乏纸带造成不能完成实验的情况。

进一步的，所述支撑腿远离固定底杆一端侧面固定焊接有加强杆，所述加强杆远离支撑腿一端固定焊接在连接板下表面。这样的设计，使得支撑腿对箱体的支撑效果更好。

进一步的，所述连接板位于箱体两侧分别固定开设有置物槽。这样的设计，便于放置书写用笔，和其他实验器具。

进一步的，所述箱体远离柜门所在一侧面固定安装有书写板。这样的设计，便于在实验前讲解实验注意事项。

进一步的，所述箱体中部内壁固定焊接有隔板。这样的设计，便于分类放置。

进一步的，所述标线与高速摄像机设置在同一水平面。这样的设计，这样的设计便于拍摄PVC实验带于标线的相对位置，利于试验后对数据进行采集和计算。

进一步的，所述电磁铁与吸附固定块设置在同一水平面，且所述电磁铁与吸附固定块相配合。这样的设计，便于通过该电磁铁与吸附固定块将PVC实验带端部加紧和释放。

进一步的，所述PVC实验带侧面固定设置有刻度条。这样的设计便于拍摄PVC实验带于标线的相对位置，利于试验后对数据进行采集和计算。

进一步的，所述柜门内壁远离第二铰链一端两侧分别固定焊接有转动座，所述转动座内部转动安装有第一连接杆，所述第一连接杆远离转动座一端转动安装有第二连接杆，所述箱体靠近柜门所在一侧面顶部内壁固定焊接有转轴，所述第二连接杆远离第一连接杆一端与转轴转动连接。这样的设计，可以在实验结束之后通过第一连接杆、第二连接杆、转轴的配合将实验组件收纳到箱体内，达到节省空间的目的。下次实验时，将柜门打开，通过第一连接杆、第二连接杆、转轴的配合，将实验组件释放，利于保持实验仪器的整洁。

进一步的，所述柜门外壁远离第二铰链一端中部固定安装有锁具，所述电源柜门外壁远离第一铰链一端中心固定安装有锁具。这样的设计，利于提高安全性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过改变高速摄像机的拍照频率，能够在只有较短纸带的时候也能够进行探究自由落体运动时速度的变化关系，使得实验效果更加方便。

2、通过利用专用的PVC实验带，使得PVC实验带重复利用率高，节省资源且不会由于缺乏纸带造成不能完成实验的情况。

附图说明

图1为本发明主视结构示意图；

图2为本发明侧视结构示意图；

图3为本发明剖视结构示意图；

图4为本发明图1中A处结构示意图；

图5为本发明图2中B处结构示意图；

图6为本发明挂块结构示意图；

图7为本发明挂块上翻转板翻转后的结构示意图。

图1-7中：1-箱体；2-隔板；3-第一铰链；4-连接板；5-加强杆；6-支撑腿；7-固定底杆；8-万向轮；9-双向开关；10-转动座；11-电源柜门；12-插座；13-第一连接杆；14-第二连接杆；15-转轴；16-书写板；17-第二铰链；18-二次电源；19-变压器；20-安装杆；21-柜门；22-挂块；23-电磁铁；24-PVC实验带；25-标线；26-高速摄像机；27-锁具；28-复位弹簧；29-吸附固定块；30-壳体；31-吸水海绵；32-密封塞；33-挂钩；34-橡胶缓冲垫；35-翻转板；36-阻尼转轴；37-气涨圈；38-冲放气阀

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：

实施例1，一种高中物理用自由落体运动演示架，包括箱体1、支撑腿6、固定底杆7、柜门21和PVC实验带24，所述固定底杆7两端下表面分别固定焊接有万向轮8，所述固定底杆7上表面中心固定焊接有支撑腿6，所述支撑腿6远离固定底杆7一端固定焊接有连接板4，所述连接板4远离支撑腿6一侧面固定焊接有箱体1，所述箱体1底部内壁一侧固定安装有二次电源18，所述箱体1底部内壁另一侧固定安装有变压器19，所述箱体1内部位于变压器19顶部固定安装有插座12，所述箱体1底部内壁固定安装有第一铰链3，所述箱体1内壁通过第一铰链3转动安装有电源柜门11；所述箱体1底部外壁固定安装有第二铰链17，所述箱体1通过第二铰链17转动安装有柜门21，所述柜门21内壁中部固定安装有高速摄像机26，所述柜门21内壁位于高速摄像机26一侧固定安装有双向开关9，所述柜门21内壁远离第二铰链17一端中部固定焊接有安装杆20，所述安装杆20中部固定安装有标线25，所述安装杆20顶部一侧固定安装有电磁铁23，所述安装杆20顶部另一侧固定安装有复位弹簧28，所述复位弹簧28远离安装杆20一端固定安装有吸附固定块29；所述PVC实验带24底部活动安装有挂块22，所述PVC实验带24固定设置在电磁铁23与吸附固定块29之间；所述二次电源18与变压器19、变压器19与插座12均为电性耦接；所述电磁铁23、高速摄像机26均与双向开关9电性耦接。

通过所述支撑腿6远离固定底杆7一端侧面固定焊接有加强杆5，所述加强杆5远离支撑腿6一端固定焊接在连接板4下表面，使得支撑腿6对箱体1的支撑效果更好，通过所述连接板4位于箱体1两侧分别固定开设有置物槽，便于放置书写用笔，通过所述箱体1远离柜门21所在一侧面固定安装有书写板16，便于在教学过程中在书写板16上进行书写，协助教学使用，通过所述箱体1中部内壁固定焊接有隔板2，便于将高速摄像机26与安装杆20分隔开，通过所述标线25与高速摄像机26设置在同一水平面，便于利用高速摄像机26拍摄在标线25处的刻度值，通过所述电磁铁23与吸附固定块29设置在同一水平面，且所述电磁铁23与吸附固定块29相配合，便于利用电磁铁23吸取吸附固定块29，通过所述PVC实验带24侧面固定设置有刻度条，便于使用者观察刻度坠落距离，来计算实验状态，通过所述柜门21内壁远离第二铰链17一端两侧分别固定焊接有转动座10，所述转动座10内部转动安装有第一连接杆13，所述第一连接杆13远离转动座10一端转动安装有第二连接杆14，所述箱体1靠近柜门21所在一侧面顶部内壁固定焊接有转轴15，所述第二连接杆14远离第一连接杆13一端与转轴15转动连接；所述柜门21外壁远离第二铰链17一端中部固定安装有锁具27，所述电源柜门11外壁远离第一铰链3一端中心固定安装有锁具27。

工作原理：使用时，打开柜门21，通过双向开关9接通电磁铁23使得电磁铁23吸附吸附固定块29，并同时将PVC实验带24夹在电磁铁23与吸附固定块29之间，在PVC实验带24底部固定悬挂有挂块22，并将高速摄像机26的拍摄频率调整到需要的数值，此时通过双向开关9同时打开高速摄像机26和关闭电磁铁23，使得电磁铁23失去磁性，PVC实验带24落下，高速摄像机26按照设置的频率拍摄出实验照片，使得实验人员能够根据频率时间和PVC实验带24下落的距离来探究自由落体运动。

实施例2

对实施例1的进一步优化，所述挂块22包括壳体30和壳体30内部的空腔，所述空腔内填充有吸水海绵31，所述壳体30上端开设有注水口，所述注水口上设有与注水口配合的密封塞32，所述密封塞32上端设有挂钩33；

所述壳体30底部设置有橡胶缓冲垫34。这样的设计，利于挂块22落地后的缓冲，保护挂块22不被毁损。

所述壳体30呈长方体状，所述壳体30的四个侧壁外部设置有翻转板35，所述翻转板35上端通过阻尼转轴36与壳体30上部连接，所述壳体30上部靠近阻尼转轴36的外壁上开设有环形的气涨圈37容纳槽，所述气涨圈37容纳槽内固定有气涨圈37，所述气涨圈37内缘与气涨圈37容纳槽粘接，所述气涨圈37外缘与翻转板35上部接触配合；所述气涨圈37与冲放气管连接，所述冲放气管外端穿过壳体30伸出外部，所述冲放气管外端连接有冲放气阀38。

在使用时，首先通过挂块22挂块22完成实施例1的自由落体实验，然后对空腔内注水，改变挂块22整体的重量，作为不同重量挂块22的第一对比实验，由于挂块22的重量是通过注水调节的，所以可以对多个不同重量的挂块22进行对比实验，获得较为完善严谨的实验数据；

由于空腔内填充有吸水海绵31，注射的水到空腔内之后，被吸水海绵31吸收并分布均匀，避免了流体在空腔内的晃动，而影响挂块22的整体重心的不稳定，保持挂块22竖直下落的稳定性。

在挂块22的重量确定的前提下，对冲放气阀38充气，气涨圈37膨胀，将翻转板35驱动向外翻转，翻转板35翻转到预定的角度，在下落时产生较大的空气阻力，作为不同空气阻力的第二对比实验，获得自由落体运动的扩展实验，可以与基本实验对比感受空气阻力对落带来的影响。由于转板上端通过阻尼转轴36与壳体30上部连接，可以通过气涨圈37空气的多少控制翻转板35的翻转角度，获取不同翻转角度的落体运行数据。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种高中物理用自由落体运动演示架，包括箱体（1）、支撑腿（6）、固定底杆（7）、柜门（21）和PVC实验带（24），其特征在于：所述固定底杆（7）两端下表面分别固定焊接有万向轮（8），所述固定底杆（7）上表面中心固定焊接有支撑腿（6），所述支撑腿（6）远离固定底杆（7）一端固定焊接有连接板（4），所述连接板（4）远离支撑腿（6）一侧面固定焊接有箱体（1），所述箱体（1）底部内壁一侧固定安装有二次电源（18），所述箱体（1）底部内壁另一侧固定安装有变压器（19），所述箱体（1）内部位于变压器（19）顶部固定安装有插座（12），所述箱体（1）底部内壁固定安装有第一铰链（3），所述箱体（1）内壁通过第一铰链（3）转动安装有电源柜门（11）；所述箱体（1）底部外壁固定安装有第二铰链（17），所述箱体（1）通过第二铰链（17）转动安装有柜门（21），所述柜门（21）内壁中部固定安装有高速摄像机（26），所述柜门（21）内壁位于高速摄像机（26）一侧固定安装有双向开关（9），所述柜门（21）内壁远离第二铰链（17）一端中部固定焊接有安装杆（20），所述安装杆（20）中部固定安装有标线（25），所述安装杆（20）顶部一侧固定安装有电磁铁（23），所述安装杆（20）顶部另一侧固定安装有复位弹簧（28），所述复位弹簧（28）远离安装杆（20）一端固定安装有吸附固定块（29）；所述PVC实验带（24）底部活动安装有挂块（22），所述PVC实验带（24）固定设置在电磁铁（23）与吸附固定块（29）之间；所述二次电源（18）与变压器（19）、变压器（19）与插座（12）均为电性耦接；所述电磁铁（23）、高速摄像机（26）均与双向开关（9）电性耦接。

2.根据权利要求1所述的一种高中物理用自由落体运动演示架，其特征在于：所述支撑腿（6）远离固定底杆（7）一端侧面固定焊接有加强杆（5），所述加强杆（5）远离支撑腿（6）一端固定焊接在连接板（4）下表面。

3.根据权利要求2所述的一种高中物理用自由落体运动演示架，其特征在于：所述连接板（4）位于箱体（1）两侧分别固定开设有置物槽。

4.根据权利要求3所述的一种高中物理用自由落体运动演示架，其特征在于：所述箱体（1）远离柜门（21）所在一侧面固定安装有书写板（16）。

5.根据权利要求4所述的一种高中物理用自由落体运动演示架，其特征在于：所述箱体（1）中部内壁固定焊接有隔板（2）。

6.根据权利要求5所述的一种高中物理用自由落体运动演示架，其特征在于：所述标线（25）与高速摄像机（26）设置在同一水平面。

7.根据权利要求6所述的一种高中物理用自由落体运动演示架，其特征在于：所述电磁铁（23）与吸附固定块（29）设置在同一水平面，且所述电磁铁（23）与吸附固定块（29）相配合。

8.根据权利要求7所述的一种高中物理用自由落体运动演示架，其特征在于：所述PVC实验带（24）侧面固定设置有刻度条。

9.根据权利要求8所述的一种高中物理用自由落体运动演示架，其特征在于：所述柜门（21）内壁远离第二铰链（17）一端两侧分别固定焊接有转动座（10），所述转动座（10）内部转动安装有第一连接杆（13），所述第一连接杆（13）远离转动座（10）一端转动安装有第二连接杆（14），所述箱体（1）靠近柜门（21）所在一侧面顶部内壁固定焊接有转轴（15），所述第二连接杆（14）远离第一连接杆（13）一端与转轴（15）转动连接。

10.根据权利要求9所述的一种高中物理用自由落体运动演示架，其特征在于：所述柜门（21）外壁远离第二铰链（17）一端中部固定安装有锁具（27），所述电源柜门（11）外壁远离第一铰链（3）一端中心固定安装有锁具（27）。