CN109389888A - 一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于教学工具技术领域的一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构，包括第一管体和第二管体，所述第一管体和第二管体侧壁的两端固定有固定杆，所述第二管体远离固定杆的一侧安装有气阀，所述气阀的侧壁固定有抽气管，所述固定杆之间固定有第二滑杆，所述第二滑杆之间通过连接架相连接，本发明通过第二滑杆和双边滑块的设置，将第二光电门固定在双边滑块的两侧，在第二滑杆上滑动第二滑块时，即可带动两侧的第二光电门一起移动，保证相应的两个第二光电门处于同一高度，消除将不同光电门调节到同一高度产生的误差，方便精确测出铁球和泡沫球下落到同一高度时的速度，测试比较精准。

Description

一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构

技术领域

本发明涉及教学工具技术领域，尤其涉及一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构。

背景技术

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。测量重力加速度g是中学物理中的一个基本实验项目，现在的物理实验教学中使用的仪器大多是用打点计时器在系着下落重物的纸带上进行记录的方法，但是这种方法存在很大的误差。尽管有很多种方法可以测量重力加速度，而落体法测重力加速度是所有方法中最直接而又简单的方法。

但是目前市场上的自由落体实验器械虽然种类繁多，但是都存在很多的不足之处，例如打点计时法测量中既受到空气阻力的影响，不适合用密度较小的物体进行实验，又受到摩擦力的影响，测试不仅不够方便，而且误差较大，利用真空管进行实验时，则无法测试空气阻力对落体实验的影响，且使用一只真空管不够直观，使用两只又较为繁琐，存在使用上的很大不便。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构，包括第一管体和第二管体，所述第一管体和第二管体侧壁的两端固定有固定杆，所述第二管体远离固定杆的一侧安装有气阀，所述气阀的侧壁固定有抽气管，所述固定杆之间固定有第二滑杆，所述第二滑杆之间通过连接架相连接，所述连接架两端的两个第二滑杆的外壁各滑动连接有两个双边滑块，所述双边滑块的数量共为四个，所述双边滑块的两端固定有第二光电门，所述第二光电门与内部电源电性连接，所述第二光电门的数量为八个，所述第二光电门与第一管体或第二管体外壁接触，所述第一管体和第二管体外壁的中部通过连通管相连接，所述连通管贯穿连接架的中部，所述第一管体和第二管体的两端设置有腔室，所述腔室相对的一端安装有电控门，所述电控门与内部电源电性连接，所述腔室的另一端设置有缓冲室，所述缓冲室相对的一端固定有缓冲网片，所述缓冲室的内壁固定有电磁继电器，所述电磁继电器与内部电源电性连接，所述电池继电器的顶部固定有推杆，所述推杆远离电磁继电器的一端固定有阻尼弹簧，所述缓冲室的数量为四个，其中两个位于第一管体和第二管体两端的缓冲室内分别设置有铁球和泡沫球，所述铁球和泡沫球的直径相等，且其直径之间大于缓冲网片中部开孔的内径，并且小于电控门打开时通道的内径，所述缓冲室远离腔室的一端卡接有底座，所述底座的两侧固定有固定座，所述固定座相对的通过第一滑杆相连接，所述第一滑杆的外壁滑动连接有单边滑块，每个所述第一滑杆上的单边滑块的数量为两个，所述单边滑块的数量共为四个，所述单边滑块朝向第一管体或者第二管体的一侧固定有第一光电门，所述第一光电门的数量为四个，所述第一光电门与第二光电门接触第一管体或第二管体的一端均开设有测试孔，所述第一光电门与内部电源电性连接，所述第一光电门与第一管体或第二管体滑动连接，所述单边滑块和双边滑块通过线体与箱体相连接，所述箱体的表壁设置有显示屏和按键，所述显示屏与内部电源电性连接。

优选的，所述第一滑杆、第二滑杆、第一管体和第二管体的中轴线均相互平行。

优选的，所述底座靠近缓冲室的一端开设有固定凹槽，所述固定凹槽的横截面形状与缓冲室的底部均呈圆形，且所述固定凹槽的内径与缓冲室的外径相等。

优选的，所述底座远离缓冲室的一端均安装有吸盘，每个所述底座上的吸盘的数量为两个，所述吸盘的中心轴线分别与相应第一管体和第二管体的中心轴线在同一直线上。

优选的，所述铁球的密度为7.9g/cm，所述泡沫球的密度为0.6g/cm。

优选的，所述第一管体和第二管体均为透明结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明设置了第一滑杆、第二滑杆、单边滑块和双边滑块，通过第二滑杆和双边滑块的设置，将第二光电门固定在双边滑块的两侧，在第二滑杆上滑动第二滑块时，即可带动两侧的第二光电门一起移动，保证相应的两个第二光电门处于同一高度，消除将不同光电门调节到同一高度产生的误差，方便精确测出铁球和泡沫球下落到同一高度时的速度，通过第一滑杆和单边滑块的设置，可分别测量铁球和泡沫球下落到不同高度的速度，既能测量铁球和泡沫球下落到同一高度的速度，又能分开测试，测试比较精准。

(2)本发明设置了缓冲室、缓冲网片、阻尼弹簧、电磁继电器和推杆，通过缓冲室、缓冲网片和阻尼弹簧的设置，对落下的铁球和泡沫球起到缓冲作用，避免将装置损坏，缓冲网片起到第一缓冲作用，阻尼弹簧起到第二缓冲作用，并且将铁球或泡沫球的下落信号传递到电磁继电器上，电磁继电器产生电信号，对应的电控门接收到电信号后关闭，将铁球或者泡沫球阻隔在腔室内，以便将第一管体和第二管体倒置过来进行下次测试，若铁球或者泡沫球卡在缓冲网片中部时，通过按键操纵电磁继电器工作，推杆远离电磁继电器，带动阻尼弹簧将铁球或者泡沫球从缓冲网片中部推出，即可再次使用。

(3)本发明设置了连通管，通过连通管将第一管体和第二管体相联通，保证第一管体和第二管体内的环境相同，从而抵消相同的影响，保证实验的精确性。

(4)本发明设置了气阀和抽气管，通过气阀和抽气管的设置，可以对第一管体和第二管体内的真空环境进行调节，可将第一管体和第二管体内形成真空环境，又可放入空气，达到既能测试真空下的落体实验，又可测试有空气阻力存在时的落体实验的目的，从而便于分析空气阻力对落体下落的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明缓冲室的结构示意图；

图3为本发明图1中A处的放大结构示意图；

图4为本发明箱体的示意图。

图中：1、吸盘；2、底座；3、固定座；4、电控门；5、第一管体；6、单边滑块；7、第一滑杆；8、第一光电门；9、第二光电门；10、腔室；11、铁球；12、泡沫球；13、缓冲室；14、第二滑杆；15、第二管体；16、双边滑块；17、固定杆；18、气阀；19、抽气管；20、缓冲网片；21、阻尼弹簧；22、电磁继电器；23、推杆；24、固定凹槽；25、连通管；26、连接架；27、测试孔；28、线体；29、箱体；30、显示屏；31、按键。

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。

请参照图1-图4所示，本发明提供一种技术方案：一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构，包括第一管体5和第二管体15，利用两个管体同时进行测试，便于进行对比，第一管体5和第二管体15侧壁的两端固定有固定杆17，固定杆17用来固定第二滑杆14，又可对第一管体5和第二管体15起到支撑作用，使装置不易损坏，第二管体15远离固定杆17的一侧安装有气阀18，气阀18的侧壁固定有抽气管19，气阀18与抽气管19的设置可以调节第一管体5和第二管体15内的空气密度，从而既可以将空气抽出，形成真空环境进行实验，又可以进行有空气阻力存在时物体的落体实验，固定杆17之间固定有第二滑杆14，第二滑杆14之间通过连接架26相连接，连接架26两端的两个第二滑杆14的外壁各滑动连接有两个双边滑块16，双边滑块16的数量共为四个，双边滑块16的两端固定有第二光电门9，同一双边滑块16上的第二光电门9高度始终相同，消除手动调节误差，便于测量铁球11和泡沫球12下落到同一高度时的速度，第二光电门9与内部电源电性连接，第二光电门9的数量为八个，第二光电门9与第一管体5或第二管体15外壁接触，方便光电门通过测试孔27测试出第一管体5和第二管体15内物体的下落速度，第一管体5和第二管体15外壁的中部通过连通管25相连接，连通管25贯穿连接架26的中部，连通管25将第一管体5和第二管体15的内部环境相连通，保证内部压强始终相同，提高实验的说服力，第一管体5和第二管体15的两端设置有腔室10，腔室10对铁球11和泡沫球12起到存放隔离的作用，腔室10相对的一端安装有电控门4，电控门4开启使铁球11和泡沫球12从0速度同时开始下落，电控门4与内部电源电性连接，腔室10的另一端设置有缓冲室13，缓冲室13相对的一端固定有缓冲网片20，缓冲网片20对下落到装置底部的铁球11或泡沫球12起到第一次缓冲作用，缓冲室13的内壁固定有电磁继电器22，电磁继电器22工作带动推杆23远离电磁继电器22，使阻尼弹簧21将铁球11或者泡沫球12从缓冲网片20中部推出，防止铁球11或者泡沫球12卡在缓冲网片20中部造成装置无法使用的情况发生，电磁继电器22与内部电源电性连接，电池继电器的顶部固定有推杆23，推杆23远离电磁继电器22的一端固定有阻尼弹簧21，阻尼弹簧21对下落到装置底部的铁球11或泡沫球12起到第二次缓冲作用，两侧缓冲将物体的速度降为0，极大的降低冲量对装置的损害，且阻尼弹簧21收缩时带动推杆23移动，使电磁继电器22产生电信号，控制电控门4关闭，将铁球11和泡沫球12关闭在腔室10内，使在物体进入腔室10内部后自动关闭电控门4，关闭时机合理，缓冲室13的数量为四个，其中两个位于第一管体5和第二管体15两端的缓冲室13内分别设置有铁球11和泡沫球12，使用两种密度差异较大的物体进行实验，便于直观出观察空气阻力对不同密度物体下落的影响，铁球11和泡沫球12的直径相等，且其直径之间大于缓冲网片20中部开孔的内径，并且小于电控门4打开时通道的内径，保证铁球11和泡沫球12可以通顺通过装置，缓冲室13远离腔室10的一端卡接有底座2，底座2的两侧固定有固定座3，固定座3相对的通过第一滑杆7相连接，第一滑杆7的外壁滑动连接有单边滑块6，单边滑块6便于测量物体不同位置时的速度，配合双边滑块16再一次实验中可以得到多组数据，便于总结实验结论，每个第一滑杆7上的单边滑块6的数量为两个，单边滑块6的数量共为四个，单边滑块6朝向第一管体5或者第二管体15的一侧固定有第一光电门8，第一光电门8的数量为四个，第一光电门8与第二光电门9接触第一管体5或第二管体15的一端均开设有测试孔27，第一光电门8与内部电源电性连接，第一光电门8与第一管体5或第二管体15滑动连接，单边滑块6和双边滑块16通过线体28与箱体29相连接，箱体29的表壁设置有显示屏30和按键31，显示屏30显示测试结果，按键31方便操控装置，显示屏30与内部电源电性连接。

本实施例中，优选的，第一滑杆7、第二滑杆14、第一管体5和第二管体15的中轴线均相互平行，便于第一滑块与第二滑块的滑动，且使第一滑块与第二滑块滑动时，保证第一光电门8与第二光电门9始终与第一管体5或第二管体15距离不变，使测试孔27一直接触在第一管体5和第二管体15的外表壁，从而提高测量准确度。

本实施例中，优选的，底座2靠近缓冲室13的一端开设有固定凹槽24，固定凹槽24的横截面形状与缓冲室13的底部均呈圆形，且固定凹槽24的内径与缓冲室13的外径相等，便于缓冲室13卡接在固定凹槽24内，卡接较为稳固，将底座2与第一管体5和第二管体15稳定固定，从而使底座2对装置起到支撑保护的作用。

本实施例中，优选的，底座2远离缓冲室13的一端均安装有吸盘1，每个底座2上的吸盘1的数量为两个，吸盘1的中心轴线分别与相应第一管体5和第二管体15的中心轴线在同一直线上，吸盘1吸附在实验台表面，使底座2可以稳定固定在实验台上，从而使装置可以放置平稳，防止倾倒，避免造成损坏，且使用两个吸盘1进行吸附固定，两个吸盘1位于底座2底面的两侧，固定效果较好。

本实施例中，优选的，铁球11的密度为7.9g/cm，泡沫球12的密度为0.6g/cm，从而可以测试不同密度物体的落体实验数据，两个球体的密度差异较大，可以直观出观察空气阻力对不同密度物体下落的影响。

本实施例中，优选的，所述第一管体5和第二管体15均为透明结构，使第一光电门8和第二光电门9可以利用光线测试到铁球11和泡沫球12下落过程中的速度，同时方便实验者和观察者直接进行观察，达到便于教学使用的目的。

工作原理：使用时，将装置放置在平稳的试验台上，第一管体5和第二管体15内真空度不足时，通过抽气管19将装置与抽气机相连，打开气阀18，，抽气机将内部空气抽出，第一管体5内的空气通过连通管25进入第二管体15，经抽气管19被抽气机抽出，真空度达到一定程度后，关闭气阀18，抽气机取下后，将第一管体5和第二管体15竖直放置，并使铁球11和泡沫球12均处于上方的腔室10内，将下方底座2的吸盘1吸附在试验台上，箱体29放置在底座2旁，调节单边滑块6和双边滑块16的位置，并记录下每个单边滑块6和双边滑块16的高度位置，启动装置，通过按键31控制电控门4的开合，四个电控门4同时打开，铁球11与泡沫球12同时落下，第一光电门8与第二光电门9分别测出铁球11与泡沫球12在不同高度时的速度后，在显示屏30上显示出来，当铁球11与泡沫球12落入到缓冲网片20上时，缓冲网片20和阻尼弹簧21对铁球11和泡沫球12起到缓冲作用，阻尼弹簧21被压缩后，将推杆23推向电磁继电器22，电磁继电器22产生电信号，相应的电控门4关闭，将铁球11或者泡沫球12阻隔在腔室10内，以便将第一管体5和第二管体15倒置过来进行下次测试，若铁球11或者泡沫球12卡在缓冲网片20中部时，通过按键31操纵电磁继电器22工作，推杆23远离电磁继电器22，带动阻尼弹簧21将铁球11或者泡沫球12从缓冲网片20中部推出，即可再次使用。

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 (6)

1.一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构，包括第一管体(5)和第二管体(15)，其特征在于：所述第一管体(5)和第二管体(15)侧壁的两端固定有固定杆(17)，所述第二管体(15)远离固定杆(17)的一侧安装有气阀(18)，所述气阀(18)的侧壁固定有抽气管(19)，所述固定杆(17)之间固定有第二滑杆(14)，所述第二滑杆(14)之间通过连接架(26)相连接，所述连接架(26)两端的两个第二滑杆(14)的外壁各滑动连接有两个双边滑块(16)，所述双边滑块(16)的数量共为四个，所述双边滑块(16)的两端固定有第二光电门(9)，所述第二光电门(9)与内部电源电性连接，所述第二光电门(9)的数量为八个，所述第二光电门(9)与第一管体(5)或第二管体(15)外壁接触，所述第一管体(5)和第二管体(15)外壁的中部通过连通管(25)相连接，所述连通管(25)贯穿连接架(26)的中部，所述第一管体(5)和第二管体(15)的两端设置有腔室(10)，所述腔室(10)相对的一端安装有电控门(4)，所述电控门(4)与内部电源电性连接，所述腔室(10)的另一端设置有缓冲室(13)，所述缓冲室(13)相对的一端固定有缓冲网片(20)，所述缓冲室(13)的内壁固定有电磁继电器(22)，所述电磁继电器(22)与内部电源电性连接，所述电池继电器的顶部固定有推杆(23)，所述推杆(23)远离电磁继电器(22)的一端固定有阻尼弹簧(21)，所述缓冲室(13)的数量为四个，其中两个位于第一管体(5)和第二管体(15)两端的缓冲室(13)内分别设置有铁球(11)和泡沫球(12)，所述铁球(11)和泡沫球(12)的直径相等，且其直径之间大于缓冲网片(20)中部开孔的内径，并且小于电控门(4)打开时通道的内径，所述缓冲室(13)远离腔室(10)的一端卡接有底座(2)，所述底座(2)的两侧固定有固定座(3)，所述固定座(3)相对的通过第一滑杆(7)相连接，所述第一滑杆(7)的外壁滑动连接有单边滑块(6)，每个所述第一滑杆(7)上的单边滑块(6)的数量为两个，所述单边滑块(6)的数量共为四个，所述第一光电门(8)与第二光电门(9)接触第一管体(5)或第二管体(15)的一端均开设有测试孔(27)，所述单边滑块(6)朝向第一管体(5)或者第二管体(15)的一侧固定有第一光电门(8)，所述第一光电门(8)的数量为四个，所述第一光电门(8)与内部电源电性连接，所述第一光电门(8)与第一管体(5)或第二管体(15)滑动连接，所述单边滑块(6)和双边滑块(16)通过线体(28)与箱体(29)相连接，所述箱体(29)的表壁设置有显示屏(30)和按键(31)，所述显示屏(30)与内部电源电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构，其特征在于：所述第一滑杆(7)、第二滑杆(14)、第一管体(5)和第二管体(15)的中轴线均相互平行。

3.根据权利要求1所述的一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构，其特征在于：所述底座(2)靠近缓冲室(13)的一端开设有固定凹槽(24)，所述固定凹槽(24)的横截面形状与缓冲室(13)的底部均呈圆形，且所述固定凹槽(24)的内径与缓冲室(13)的外径相等。

4.根据权利要求1所述的一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构，其特征在于：所述底座(2)远离缓冲室(13)的一端均安装有吸盘(1)，每个所述底座(2)上的吸盘(1)的数量为两个，所述吸盘(1)的中心轴线分别与相应第一管体(5)和第二管体(15)的中心轴线在同一直线上。

5.根据权利要求1所述的一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构，其特征在于：所述铁球(11)的密度为7.9g/cm，所述泡沫球(12)的密度为0.6g/cm。

6.根据权利要求1所述的一种基于高中物理教学用自由落体演示装置的改进结构，其特征在于：所述第一管体(5)和第二管体(15)均为透明结构。