CN108777105B - 一种重力加速度的物理教学演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力加速度的物理教学演示装置，包括箱体，所述箱体内顶壁固定连接有两个固定杆，所述固定杆的下端均固定连接有限位套，两个所述限位套的内部共同插设有驱动杆，位于两个限位套之间的所述驱动杆外侧固定套接有第二皮带轮，所述箱体上侧壁固定连接有电动机，所述电动机的输出端固定连接有第一皮带轮，所述第一皮带轮与第二皮带轮之间通过皮带传动连接，所述箱体上侧壁开设有开口，所述皮带穿过开口设置，所述驱动杆的两端均固定连接有第一锥齿轮。本发明可以根据需要调节检测球的高度，可以使用风机改变对检测球的阻力大小，通过设置丝杆、螺纹块和第三转动杆可以调节第一光电门与第二光电门之间的距离。

Description

一种重力加速度的物理教学演示装置

技术领域

本发明涉及演示装置技术领域，尤其涉及一种重力加速度的物理教学演示装置。

背景技术

自由落体运动源于地心引力，物体在只受重力作用下从相对静止开始下落的运动叫做自由落体运动，譬如用手握住某种物体，不施加任何外力的理想条件下轻轻松开手后发生的物理现象。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。在学生进行有关自由落体运动的课程学习时，需要借助演示装置加深对自由落体运动的认知。传统的自由落体演示装置被测量物体的高度调节和光电门之间的距离调节不便，演示不直观，很难引起学习兴趣。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中学生传统的自由落体演示装置被测量物体的高度调节和光电门之间的距离调节不便，演示不直观，很难引起学习兴趣的问题，而提出的一种重力加速度的物理教学演示装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种重力加速度的物理教学演示装置，包括箱体，所述箱体内顶壁固定连接有两个固定杆，所述固定杆的下端均固定连接有限位套，两个所述限位套的内部共同插设有驱动杆，位于两个限位套之间的所述驱动杆外侧固定套接有第二皮带轮，所述箱体上侧壁固定连接有电动机，所述电动机的输出端固定连接有第一皮带轮，所述第一皮带轮与第二皮带轮之间通过皮带传动连接，所述箱体上侧壁开设有开口，所述皮带穿过开口设置，所述驱动杆的两端均固定连接有第一锥齿轮，位于两个第一锥齿轮两侧的所述箱体内顶壁均转动连接有外螺纹杆，所述外螺纹杆外固定套设有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮与第一锥齿轮相互啮合，所述外螺纹杆的下端外部螺纹套接有内螺纹杆，所述内螺纹杆的下端共同固定连接有移动板，所述移动板的下侧壁固定连接有两组夹持装置，所述夹持装置之间夹持有检测球，所述移动板下侧壁开设有与检测球相互匹配的弧形槽，位于检测球下方的所述箱体内侧壁之间滑动连接有第一光电门，位于第一光电门下方的箱体内侧壁之间滑动连接有第二光电门，所述第一光电门和第二光电门均连接有计时装置，位于第一光电门与第二光电门之间的所述箱体内侧壁之间转动连接有丝杆，所述丝杆一端贯穿箱体侧壁且固定连接有把手，所述丝杆上螺纹连接有两个螺纹块，每个所述螺纹块上均转动连接有两个第三转动杆，位于同一个螺纹块上的两个所述第三转动杆分别与第一光电门和第二光电门转动连接，所述第一光电门和第二光电门的两侧均固定连接有限位块，所述箱体前后两侧内侧壁均开设有限位槽，所述限位槽内固定连接有竖杆，所述限位块套设在竖杆上，所述箱体一侧外侧壁固定连接有锁紧装置，所述锁紧装置位于把手的下方，位于第二光电门下方的所述箱体内壁之间滑动连接有弧形缓冲板，所述弧形缓冲板上侧壁粘接有橡胶垫，所述弧形缓冲板下侧壁固定连接有两个对称设置的连接块，所述箱体内底壁固定连接有底板，所述底板内开设有两个第一缓冲槽和两个第二缓冲槽，所述第一缓冲槽内壁均固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧的另一端固定连接有第一移动块，所述第二缓冲槽内壁固定连接有第三弹簧，所述第三弹簧的另一端固定连接有第二移动块，所述第二移动块上转动连接有第一转动杆，所述第一移动块上转动连接有第二转动杆，所述第二转动杆上端与连接块转动连接，所述第一转动杆另一端与第二转动杆中部位置转动连接，所述箱体一侧侧壁开设有出球口，位于出球口出口处的所述箱体外侧壁上转动连接有收集球框，所述收集球框内绑设有收集球网，所述收集球框与箱体之间通过螺栓连接。

优选地，所述第一皮带轮与第二皮带轮的规格相同，所述开口的宽度大于第一皮带轮的直径与皮带厚度之和。

优选地，每组所述夹持装置包括均固定连接在移动板下侧壁的两个第二固定块，两个所述第二固定块之间固定连接有限位杆，每个所述限位杆上均滑动套接有滑块，所述滑块下侧壁固定连接有拉块，两个所述拉块相互背离的一侧侧壁均固定连接有拉杆，所述箱体两侧侧壁均开设有与拉杆相匹配的移动槽，所述拉杆的另一端穿过移动槽且固定连接有第二拉块。

优选地，所述锁紧装置包括固定连接在箱体外侧壁的固定板，所述固定板内部插设有连接杆，所述连接杆的上端固定连接有U形夹块，所述U形夹块的内壁与丝杆相互接触，所述连接杆的下端固定连接有拉板，所述拉板与固定板之间固定连接有两个第一弹簧，两个所述第一弹簧分布在连接杆的两侧，所述拉板下侧壁固定连接有拉环。

优选地，所述第一光电门与第二光电门规格参数相同，且均为凹字形结构。

优选地，所述箱体为透明结构，且箱体上设有刻度，所述刻度的长度大于第一光电门与第二光电门之间的距离。

优选地，所述第一光电门与第二光电门之间的箱体内侧壁上固定连接有风机，所述风机的型号为CY-150P。

优选地，所述丝杆两端的螺纹方向相反，且螺纹块内部的内螺纹与丝杆的螺纹相互匹配。

本发明具有以下有益效果：通过设置两个弧形夹板，可以将检测球夹持住，通过设置拉杆、第一拉块、滑块和第四转动杆，可以实现拉动拉杆带动第一拉块的移动，第一拉块带动滑块的移动，滑块带动第四转动杆的移动，两个第四转动杆将带动两个弧形夹板转动，实现检测球的释放，通过设置刻度，方便的观察检测球的高度，通过设置电动机、第一皮带轮、皮带、第二皮带轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮、外螺纹杆和内螺纹杆，可以实现电机机带动第一皮带轮转动，从而通过皮带带动第二皮带轮转动，经过驱动杆的传动，实现第一锥齿轮带动第二锥齿轮转动，从而外螺纹杆转动，实现内螺纹杆的移动，实现移动板的移动，从而可以调节检测球的释放高度，通过设置风机，改变对检测球的不同阻力，从而得到更加准确的数据，通过设置弧形缓冲板和橡胶垫可以实现对检测球的缓冲作用，避免在落地时候对装置造成损坏。

附图说明

图1为本发明提出的一种重力加速度的物理教学演示装置的结构示意图；

图2为本发明提出的一种重力加速度的物理教学演示装置的部分侧面结构示意图；

图3为本发明提出的一种重力加速度的物理教学演示装置的A部分结构示意图；

图4为本发明提出的一种重力加速度的物理教学演示装置的B部分结构示意图；

图5为本发明提出的一种重力加速度的物理教学演示装置的部分结构示意图；

图6为本发明提出的一种重力加速度的物理教学演示装置的第一光电门结构示意图。

图中：1箱体、2电动机、3皮带、4第一皮带轮、5第二皮带轮、6限位套、7固定杆、8内螺纹杆、9第一锥齿轮、10外螺纹杆、11第二锥齿轮、12第一固定块、13移动板、14检测球、15弧形夹板、16第一光电门、17第二光电门、18风机、19弧形缓冲板、20连接块、21第一转动杆、22第二转动杆、23第一移动块、24第二移动块、25 底板、26收集球网、27第三转动杆、28丝杆、29螺纹块、30把手、31U形夹块、32 连接杆、33第一拉块、34第四转动杆、35第二固定块、36限位杆、37拉杆、38滑块、 39限位块、40固定板、41拉板、42竖杆。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参照图1-6，一种重力加速度的物理教学演示装置，包括箱体1，箱体1内顶壁固定连接有两个固定杆7，固定杆7的下端均固定连接有限位套6，两个限位套6的内部共同插设有驱动杆，位于两个限位套6之间的驱动杆外侧固定套接有第二皮带轮5，箱体1上侧壁固定连接有电动机2，电动机2为伺服电机，伺服电机的型号可以采用 SGMJV-04ADA21，电动机2的输出端固定连接有第一皮带轮4，第一皮带轮4与第二皮带轮5之间通过皮带3传动连接，箱体1上侧壁开设有开口，第一皮带轮4与第二皮带轮 5的规格相同，开口的宽度大于第一皮带轮4的直径与皮带3厚度之和，皮带3穿过开口设置，驱动杆的两端均固定连接有第一锥齿轮9，位于两个第一锥齿轮9两侧的箱体 1内顶壁均转动连接有外螺纹杆10，外螺纹杆10外固定套设有第二锥齿轮11，第二锥齿轮11与第一锥齿轮9相互啮合。

外螺纹杆10的下端外部螺纹套接有内螺纹杆8，内螺纹杆8的下端共同固定连接有移动板13，移动板13的下侧壁固定连接有两组夹持装置，每组夹持装置包括均固定连接在移动板13下侧壁的两个第二固定块35，两个第二固定块35之间固定连接有限位杆36，每个限位杆36上均滑动套接有滑块38，滑块38下侧壁固定连接有拉块33，两个拉块33相互背离的一侧侧壁均固定连接有拉杆37，箱体1两侧侧壁均开设有与拉杆37 相匹配的移动槽，拉杆37的另一端穿过移动槽且固定连接有第二拉块，夹持装置之间夹持有检测球14，移动板13下侧壁开设有与检测球14相互匹配的弧形槽，位于检测球 14下方的箱体1内侧壁之间滑动连接有第一光电门16，位于第一光电门16下方的箱体 1内侧壁之间滑动连接有第二光电门17，第一光电门16和第二光电门17均连接有计时装置，第一光电门16与第二光电门17之间的箱体1内侧壁上固定连接有风机18，风机 18的型号为CY-150P。

箱体1为透明结构，更加便于观察和操作演示过程，且箱体1上设有刻度，刻度的长度大于第一光电门与第二光电门之间的距离，第一光电门16与第二光电门17规格参数相同，光电门是一个象门样的装置，一边安装发光装置，一边安装接收装置并与计时装置连接，当物体通过光电门时光被挡住，计时器开始计时，当物体离开时停止计时，这样就可以根据物体大小与运动时间计算物体运动的速度；若计时装置具备运算功能，使用随机配置的挡光片(宽度一定)，可以直接测量物体的瞬时速度，光电门是由一个小的聚光灯泡和一个光敏管组成的，聚光灯泡对准光敏管，光敏管前面有一个小孔可以接收光的照射。光敏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，且均为凹字形结构，位于第一光电门16与第二光电门17之间的箱体1内侧壁之间转动连接有丝杆28，丝杆28一端贯穿箱体1侧壁且固定连接有把手30，丝杆28上螺纹连接有两个螺纹块29，丝杆28两端的螺纹方向相反，且螺纹块 29内部的内螺纹与丝杆28的螺纹相互匹配，每个螺纹块29上均转动连接有两个第三转动杆27，位于同一个螺纹块29上的两个第三转动杆27分别与第一光电门16和第二光电门17转动连接，第一光电门16和第二光电门17的两侧均固定连接有限位块39，箱体1前后两侧内侧壁均开设有限位槽，限位槽内固定连接有竖杆42，限位块39套设在竖杆42上，通过转动把手30，把手30带动丝杆28转动，丝杆28带动螺纹块29移动，螺纹块29带动第三转动杆27移动，第三转动杆27带动第一光电门16和第二光电门17 移动，从而可以调节两个光电门之间的距离，箱体1一侧外侧壁固定连接有锁紧装置，锁紧装置包括固定连接在箱体1外侧壁的固定板40，固定板40内部插设有连接杆32，连接杆32的上端固定连接有U形夹块31，U形夹块31的内壁与丝杆28相互接触，连接杆32的下端固定连接有拉板41，拉板41与固定板40之间固定连接有两个第一弹簧，两个第一弹簧分布在连接杆32的两侧，拉板41下侧壁固定连接有拉环，通过设置U形夹块31，松开拉环，在第一弹簧的弹力下，带动拉板41移动，拉板41带动连接杆32 移动，连接杆32带动U形夹块31移动，使得其与丝杆28相抵，实现固定的作用，防止把手20的转动，拉动拉环，拉环带动拉板41和连接杆32移动，连接杆32带动U形夹块31与丝杆28分离，锁紧装置位于把手30的下方。

位于第二光电门17下方的箱体1内壁之间滑动连接有弧形缓冲板19，弧形缓冲板19上侧壁粘接有橡胶垫，弧形缓冲板19下侧壁固定连接有两个对称设置的连接块20，箱体1内底壁固定连接有底板25，底板25内开设有两个第一缓冲槽和两个第二缓冲槽，第一缓冲槽内壁均固定连接有第二弹簧，第二弹簧的另一端固定连接有第一移动块23，第二缓冲槽内壁固定连接有第三弹簧，第三弹簧的另一端固定连接有第二移动块24，第二移动块24上转动连接有第一转动杆21，第一移动块23上转动连接有第二转动杆22，第二转动杆22上端与连接块20转动连接，第一转动杆21另一端与第二转动杆22中部位置转动连接，在受到检测球14的冲击时，弧形缓冲板19上的橡胶垫可以起到一定的缓冲作用，同时第二转动杆22和第一转动杆21也会发生转动，带动第一移动块23和第二移动块24向着相反的方向移动，第二弹簧进而第三弹簧发生形变，也起到缓冲的作用，箱体1一侧侧壁开设有出球口，位于出球口出口处的箱体1外侧壁上转动连接有收集球框，收集球框内绑设有收集球网26，收集球框与箱体1之间通过螺栓连接，当需要取出检测球14的时候，将螺栓卸下，将收集球网26内的检测球14取出。

本发明中，使用者首先将检测球放在两个弧形夹板15之间，然后打开电动机2，电动机2带动第一皮带轮4转动，第一皮带轮4通过皮带3带动第二皮带轮5转动，第二皮带轮5转动带动驱动杆转动，驱动杆带动两个第一锥齿轮9转动，第一锥齿轮9带动第二锥齿轮11转动，第二锥齿轮11带动外螺纹杆10转动，外螺纹杆10带动内螺纹杆 8移动，内螺纹杆8带动移动板13移动，从而通过第一固定块12安装在移动板13上的弧形夹板带动检测球14移动，从而根据需要来调节检测球14的释放高度，以不同的高度释放检测球14来测量加速度，拉动两个第二拉块，第二拉块带动拉杆37移动，拉杆 37带动滑块38移动，滑块38带动第四转动杆34移动，第四转动杆34拉动弧形夹板 15，使得弧形夹板15与检测球14分离，使得检测球14以初速度为零的速度下落，经过第一光电门16和第二光电门17，它利用的基本原理是：极短时间内的平均速度大小可以近似认为是该时刻的瞬时速度大小v＝d/△t，计算出经过第一光电门16与第二光电门17的瞬时速度，再由刻度计算出两个光电门之间的距离，根据公式 S ＝ (v₁ ²-v 。 ² )/(2a) ，计算出加速度a，经过多次的实验得到平均数据，检测球14最后落在弧形缓冲板19上，弧形缓冲板19的上橡胶垫进行缓冲，检测球14经过出球口，落入收集球网26内，通过打开风机也可以增加变量来测量重力加速度的数值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种重力加速度的物理教学演示装置，包括箱体(1)、移动板(13)，检测球(14)，位于检测球(14)下方的所述箱体(1)内侧壁之间滑动连接有第一光电门(16)，位于第一光电门(16)下方的箱体(1)内侧壁之间滑动连接有第二光电门(17)，所述第一光电门(16)和第二光电门(17)均连接有计时装置，其特征在于，所述箱体(1)内顶壁固定连接有两个固定杆(7)，所述固定杆(7)的下端均固定连接有限位套(6)，两个所述限位套(6)的内部共同插设有驱动杆，位于两个限位套(6)之间的所述驱动杆外侧固定套接有第二皮带轮(5)，所述箱体(1)上侧壁固定连接有电动机(2)，所述电动机(2)的输出端固定连接有第一皮带轮(4)，所述第一皮带轮(4)与第二皮带轮(5)之间通过皮带(3)传动连接，所述箱体(1)上侧壁开设有开口，所述皮带(3)穿过开口设置，所述驱动杆的两端均固定连接有第一锥齿轮(9)，位于两个第一锥齿轮(9)两侧的所述箱体(1)内顶壁均转动连接有外螺纹杆(10)，所述外螺纹杆(10)外固定套设有第二锥齿轮(11)，所述第二锥齿轮(11)与第一锥齿轮(9)相互啮合，所述外螺纹杆(10)的下端外部螺纹套接有内螺纹杆(8)，所述内螺纹杆(8)的下端共同固定连接有移动板(13)，所述移动板(13)的下侧壁固定连接有两组夹持装置，所述夹持装置之间夹持有检测球(14)，所述移动板(13)下侧壁开设有与检测球(14)相互匹配的弧形槽，位于第一光电门(16)与第二光电门(17)之间的所述箱体(1)内侧壁之间转动连接有丝杆(28)，所述丝杆(28)一端贯穿箱体(1)侧壁且固定连接有把手(30)，所述丝杆(28)上螺纹连接有两个螺纹块(29)，每个所述螺纹块(29)上均转动连接有两个第三转动杆(27)，位于同一个螺纹块(29)上的两个所述第三转动杆(27)分别与第一光电门(16)和第二光电门(17)转动连接，所述第一光电门(16)和第二光电门(17)的两侧均固定连接有限位块(39)，所述箱体(1)前后两侧内侧壁均开设有限位槽，所述限位槽内固定连接有竖杆(42)，所述限位块(39)套设在竖杆(42)上，所述箱体(1)一侧外侧壁固定连接有锁紧装置，所述锁紧装置位于把手(30)的下方，位于第二光电门(17)下方的所述箱体(1)内壁之间滑动连接有弧形缓冲板(19)，所述弧形缓冲板(19)上侧壁粘接有橡胶垫，所述弧形缓冲板(19)下侧壁固定连接有两个对称设置的连接块(20)，所述箱体(1)内底壁固定连接有底板(25)，所述底板(25)内开设有两个第一缓冲槽和两个第二缓冲槽，所述第一缓冲槽内壁均固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧的另一端固定连接有第一移动块(23)，所述第二缓冲槽内壁固定连接有第三弹簧，所述第三弹簧的另一端固定连接有第二移动块(24)，所述第二移动块(24)上转动连接有第一转动杆(21)，所述第一移动块(23)上转动连接有第二转动杆(22)，所述第二转动杆(22)上端与连接块(20)转动连接，所述第一转动杆(21)另一端与第二转动杆(22)中部位置转动连接，所述箱体(1)一侧侧壁开设有出球口，位于出球口出口处的所述箱体(1)外侧壁上转动连接有收集球框，所述收集球框内绑设有收集球网(26)，所述收集球框与箱体(1)之间通过螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学演示装置，其特征在于，所述第一皮带轮(4)与第二皮带轮(5)的规格相同，所述开口的宽度大于第一皮带轮(4)的直径与皮带(3)厚度之和。

3.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学演示装置，其特征在于，每组所述夹持装置包括均固定连接在移动板(13)下侧壁的两个第二固定块(35)，两个所述第二固定块(35)之间固定连接有限位杆(36)，每个所述限位杆(36)上均滑动套接有滑块(38)，所述滑块(38)下侧壁固定连接有拉块(33)，两个所述拉块(33)相互背离的一侧侧壁均固定连接有拉杆(37)，所述箱体(1)两侧侧壁均开设有与拉杆(37)相匹配的移动槽，所述拉杆(37)的另一端穿过移动槽且固定连接有第二拉块。

4.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学演示装置，其特征在于，所述锁紧装置包括固定连接在箱体(1)外侧壁的固定板(40)，所述固定板(40)内部插设有连接杆(32)，所述连接杆(32)的上端固定连接有U形夹块(31)，所述U形夹块(31)的内壁与丝杆(28)相互接触，所述连接杆(32)的下端固定连接有拉板(41)，所述拉板(41)与固定板(40)之间固定连接有两个第一弹簧，两个所述第一弹簧分布在连接杆(32)的两侧，所述拉板(41)下侧壁固定连接有拉环。

5.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学演示装置，其特征在于，所述第一光电门(16)与第二光电门(17)规格参数相同，且均为凹字形结构。

6.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学演示装置，其特征在于，所述箱体(1)为透明结构，且箱体(1)上设有刻度，所述刻度的长度大于第一光电门(16)与第二光电门(17)之间的距离。

7.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学演示装置，其特征在于，所述第一光电门(16)与第二光电门(17)之间的箱体(1)内侧壁上固定连接有风机(18)，所述风机(18)的型号为CY-150P。

8.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学演示装置，其特征在于，所述丝杆(28)两端的螺纹方向相反，且螺纹块(29)内部的内螺纹与丝杆(28)的螺纹相互匹配。

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