CN110136550A - 基于电磁感应线圈的自由落体装置及加速度测量方法 - Google Patents

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CN110136550A CN201910429816.9A CN201910429816A CN110136550A CN 110136550 A CN110136550 A CN 110136550A CN 201910429816 A CN201910429816 A CN 201910429816A CN 110136550 A CN110136550 A CN 110136550A
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童鑫
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王东
闫梦瑶
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Abstract

本发明公开了一种基于电磁感应线圈的自由落体装置及加速度测量方法，包括控制基座，控制基座上设有导线柱和空心立柱，导线柱与空心立柱上设有第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置，第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置内分别设有第一线圈、第二线圈和第三线圈；空心立柱的顶部设有固定架，固定架上设有按钮和励磁线圈，励磁线圈的内部设有磁铁，磁铁的底部连接有吸附套，吸附套内设有钢球；第一线圈、第二线圈和第三线圈与信号放大器相连，信号放大器与A/D转换器相连，A/D转换器与控制器相连，控制器连接显示屏、定时器和按钮。本发明可以测量钢球自由落体时的加速度并显示数值大小，增加教学实验的丰富性。

Description

基于电磁感应线圈的自由落体装置及加速度测量方法
技术领域
本发明涉及实验教学仪器领域，特别是一种基于电磁感应线圈的自由落体装置及加速度测量方法。
背景技术
由力学的基本理论可知：对于地球附近的一切物体，无论质量大小、形状如何，都受到地球对其竖直向下的吸引力，我们称之为重力。在物理上将物体只在重力的作用下，做初速度为零的竖直向下运动称为自由落体运动。而现今教师由于物体自由落体的教学方法只是在学生面前展示钢球在地球的引力作用下做匀加速运动，但是学生只能看到钢球下落，却不能直观得知道钢球具体的加速度大小，增加了教学实验的局限性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于电磁感应线圈的自由落体装置及加速度测量方法。本发明可以测量钢球自由落体时的加速度并直观的显示数值大小，增加了教学实验的丰富性。
本发明的技术方案：基于电磁感应线圈的自由落体装置，包括控制基座，控制基座上设有导线柱，控制基座上经固定开口环螺纹连接有空心立柱，导线柱与空心立柱上由上而下套设有第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置，第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置内分别设有第一线圈、第二线圈和第三线圈，第一线圈、第二线圈和第三线圈均与空心立柱同轴心；所述空心立柱的顶部设有固定架，固定架上设有按钮和励磁线圈，励磁线圈的内部设有磁铁，磁铁的底部连接有吸附套，吸附套内经磁铁的吸力吸附有钢球；所述控制基座内设有控制器、A/D转换器、信号放大器和定时器，所述第一线圈、第二线圈和第三线圈经导线与信号放大器相连，信号放大器经导线与A/D转换器相连，A/D转换器经导线与控制器相连，控制器经导线连接有设置在控制基座上的显示屏，且控制器经导线分别与定时器和按钮相连。
前述的基于电磁感应线圈的自由落体装置中，所述第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置具有相同的结构，所述第一线圈固定装置包括相契合的上壳体和下壳体，上壳体上设有第一上孔和第二上孔，第一上孔的内部设有第一上圆环，第二上孔的内部设有第二上圆环，下壳体上设有第一下孔和第二下孔，第一下孔的内部设有第一下圆环，第二下孔的内部设有第二下圆环，第一上圆环与第一下圆环组成第一通道，第二上圆环与第二下圆环组成第二通道，所述导线柱设置在第一通道内，空心立柱设置在第二通道内；所述上壳体内部还设有与第二上圆环同轴心的上限位环，上限位环与第二上圆环之间设有上腔，下壳体内部设有与第二下圆环同轴心的下限位环，下限位环与第二下圆环之间设有下腔，上腔和下腔组成线圈腔室，所述第一线圈设置在线圈腔室内；所述上壳体穿设有两个用于连接导线的电缆接头，电缆接头的底部伸入线圈腔室并分别与第一线圈的两个端部相连接；所述下壳体的两侧铰接有固定杆，上壳体的两侧设有固定块，每个固定块上设有与固定杆相契合和限位卡槽。
前述的基于电磁感应线圈的自由落体装置中，所述上壳体的顶部设有开口锁紧接头，且开口锁紧接头的外径由上而下线性增大，开口锁紧接头的内径与第一上孔的内径相同，开口锁紧接头的外侧配合连接有锁紧螺母。
前述的基于电磁感应线圈的自由落体装置中，所述上壳体内部设有多个空心固定柱，下壳体内部设有多个与空心固定柱相契合的实心固定柱。
前述的基于电磁感应线圈的自由落体装置中，所述上壳体的内壁上设有第一限位环，下壳体的内壁上设有第二限位环，空心固定柱与实心固定柱的外侧套设有弹簧，弹簧的一端设置在第一限位环上，弹簧的另一端设置在第二限位环上。
前述的基于电磁感应线圈的自由落体装置中，所述第一线圈固定装置与第二线圈固定装置之间的距离和第二线圈固定装置与第三线圈固定装置之间的距离相等。
前述的基于电磁感应线圈的自由落体装置中，所述固定架的底部设有应力连杆，应力连杆的末端设有轴套，轴套套设在导线柱的外侧。
前述的基于电磁感应线圈的自由落体装置中，所述固定开口环内设有固定在控制基座上的固定座，固定座的内侧设有多个凸条，固定座上嵌设有冲击承受套，冲击承受套为弹性材料，冲击承受套的外侧设有多个与凸条相配合的滑槽，冲击承受套的内径小于钢球的外径。
前述的基于电磁感应线圈的自由落体装置加速度测量方法，具体包括以下步骤：
(1)调整第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置，使得第一线圈固定装置与第二线圈固定装置之间的距离和第二线圈固定装置与第三线圈固定装置之间的距离相等；
(2)开启电源，控制器初始化，第一线圈、第二线圈和第三线圈通电分别产生第一感应磁场、第二感应磁场和第三感应磁场；
(3)按下按钮，控制器控制定时器开始计时，励磁线圈充磁产生反向弱磁场，并抵消部分磁铁产生的磁场，磁铁的吸力减小，吸附套放开钢球；
(4)钢球做自由落体运动，当钢球分别穿过第一线圈、第二线圈和第三线圈时，控制器获得第一标记时间点t1、第二标记时间点t2和第三标记时间点t3，控制器通过以下计算公式获得t1，t2和t3：
第一标记点时间点，t2为第二标记点时间点，t3为第三标记点时间点，tA为钢球刚进入第一感应磁场的时间，tB为钢球刚落出第一感应磁场的时间，tC为钢球刚进入第二感应磁场的时间，tD为钢球刚落出第二感应磁场的时间，tE为钢球刚进入第三感应磁场的时间，tF为钢球刚落出第三感应磁场的时间；
(5)控制器根据以下公式计算钢球做自由落体时的加速度：
球的加速度，X为第一线圈与第二线圈之间的距离(等于第二线圈与第三线圈之间的距离)，落到第二线圈的时间，落到第三线圈的时间；
(6)控制器根据计算结果将钢球自由落体时的加速度数据传输到显示屏，显示屏显示加速度。
前述的基于电磁感应线圈的自由落体装置加速度测量方法中，步骤(3)中所述励磁线圈产生的反向弱磁场小于磁铁的退磁曲线归矫顽力点对应的反向磁场。
与现有技术相比，本发明将导线柱设置在控制基座上，将第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置固定在导线柱上，且第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置套设在空心立柱外侧。第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置内分别设置第一线圈、第二线圈和第三线圈，空心立柱的顶部设置固定架，将励磁线圈设置在固定架上，并在励磁线圈中部设置磁铁，磁铁的底部连接吸附套，钢球经磁铁的吸力固定在固定套内。按下固定架上的按钮时，控制基座内的控制器控制定时器开始计时，励磁线圈充磁产生反向弱磁场，并抵消部分磁铁产生的磁场，磁铁的吸力减小，吸附套放开钢球，钢球做自由落体运动，当钢球分别穿过第一线圈、第二线圈和第三线圈时，由于改变了第一线圈、第二线圈和第三线圈内的磁通产生三组感应电压数据，三组感应电压数据经信号放大器放大信号后，再由A/D转换器将电信号转换为数字信号，传输到控制器，控制器再根据三组感应电压数据产生时定时器对应的三个时间段，计算钢球从第一线圈到第二线圈所用的时间以及钢球从第二线圈到第三线圈所用的时间，计算得出钢球自由落体时的加速度并将数据传输到显示屏。实验人员可以根据显示屏上显示的数值得知钢球自由落体时加速度的大小，实验现象十分直观，增加了教学实验的丰富性。
本发明的第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置具有相同的结构，第一线圈固定装置由上壳体和下壳体组成，第一线圈设置在线圈腔室内，既能固定第一线圈，防止第一线圈发生偏移，又能避免钢球或杂物碰到第一线圈，影响测量精度。将设置在下壳体两侧的固定杆转动并与上壳体两侧对应固定块上的限位卡槽相契合，从而将上壳体和下壳体固定到一起。旋紧上壳体开口锁紧接头上的锁紧螺母，能够将第一线圈固定装置牢牢固定在导线柱上，能防止第一线圈固定装置发生松动产生位移，从而影响实验结果。下壳体内部的多个实心固定柱与上壳体内部对应的空心固定柱相契合，能防止上壳体和下壳体发生水平位移，增加第一线圈固定装置的稳固性。在空心固定柱与实心固定柱的外侧套弹簧，能防止上壳体与下壳体契合时间长了之后难以拆卸的情况发生，同时提供一个预紧力，使得第一线圈固定装置的拆卸更加轻松。
本发明固定架的底部设置了应力连杆，应力连杆的末端设置轴套，轴套套设在导线柱的外侧。固定架上的重量经轴套分担给导线柱中间部分，减轻导线柱末端的负担，能够防止导线柱末端被压坏。
本发明的固定开口环内设置了固定座，并在固定座内设置用于承受钢球冲击的冲击承受套，能够防止钢球撞击控制基座，导致控制基座损坏。同时，由于冲击承受套的内径小于钢球的外径，钢球落到冲击承受套内时能够卡在冲击承受套内，并且冲击承受套表面的摩擦力以及钢球冲击冲击承受套时钢球底部与冲击承受套之间产生的负压均能使得钢球不易弹出，起到固定钢球的作用。
本发明的励磁线圈通电时产生的反向弱磁场小于磁铁的退磁曲线归矫顽力点对应的反向磁场，从而避免磁铁消磁导致不能吸住钢球。
附图说明
图1是本发明整体的结构示意图；
图2是本发明上壳体的内部结构示意图；
图3是本发明下壳体的内部结构示意图；
图4是本发明第一线圈固定装置的结构示意图；
图5是本发明第一线圈固定装置的局部剖视结构示意图；
图6是本发明固定架的结构示意图；
图7是本发明固定座与冲击承受套的结构示意图；
图8是本发明钢球外径与冲击承受套内径的对比图；
图9是本发明的电路连接结构示意图；
图10是本发明固定开口环的结构示意图。
附图中的标记为：1-控制基座，2-导线柱，3-空心立柱，4-第一线圈固定装置，5-第二线圈固定装置，6-第三线圈固定装置，7-固定架，8-励磁线圈，9-吸附套，10-钢球，11-按钮，12-应力连杆，13-轴套，14-固定座，15-冲击承受套，16-上壳体，17-第一上孔，18-第二上孔，19-第一上圆环，20-第二上圆环，21-上限位环，22-上腔，23-空心固定柱，24-第一限位环，25-开口锁紧接头，26-固定块，27-限位卡槽，28-下壳体，29-第一下孔，30-第二下孔，31-第一下圆环,32-第二下圆环，33-下限位环，34-下腔，35-实心固定柱，36-第二限位环，37-固定杆，38-第一通道，39-第二通道，40-锁紧螺母，41-弹簧，42-线圈腔室，43-第一线圈，44-磁铁，45-凸条，46-滑槽，47-控制器，48-定时器，49-显示屏，50-A/D转换器，51-信号放大器，52-第二线圈，53-第三线圈，54-电缆接头，55-固定开口环。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：基于电磁感应线圈的自由落体装置,其构成附图1-10所示，包括控制基座1，控制基座1上设有导线柱2，导线柱2的内部为空心的，导线柱2用于穿设导线，导线柱2的顶端设有出口。控制基座1上经固定开口环55螺纹连接有空心立柱3，固定环开口环55为内螺纹，固定开口环55三分之二段为环形主体，三分之一段为开口，固定开口环55的底部焊接在控制基座1上。导线柱2与空心立柱3上由上而下套设有第一线圈固定装置4、第二线圈固定装置5和第三线圈固定装置6，第一线圈固定装置4与第二线圈固定装置5之间的距离和第二线圈固定装置5与第三线圈固定装置6之间的距离相等。第一线圈固定装置4、第二线圈固定装置5和第三线圈固定装置6内分别设有第一线圈43、第二线圈52和第三线圈53，第一线圈43、第二线圈52和第三线圈53均与空心立柱3同轴心；所述空心立柱3的顶部设有固定架7，固定架7上设有按钮11和励磁线圈8，励磁线圈8的内部设有磁铁44，磁铁44的底部连接有吸附套9，吸附套9内经磁铁44的吸力吸附有钢球10，具体连接方式为：磁铁44为圆柱状的，励磁线圈8的内顶部设置圆环套，将磁铁44的顶端嵌入圆环套内，二者之间采用过盈配合，吸附套9的顶部设有与磁铁44底端相配合的圆环套，二者之间也采用过盈配合；所述固定架7的底部设有应力连杆12，应力连杆12的末端设有轴套13，轴套13套设在导线柱2的外侧，固定架7上的重量经轴套13分担给导线柱2中间部分，减轻导线柱2末端的负担，能够防止导线柱2末端被压坏。所述固定开口环55内设有固定在控制基座1上的固定座14，固定座14的内侧设有多个凸条45，固定座14上嵌设有冲击承受套15，冲击承受套15为弹性材料，具体才采用硅胶材质，冲击承受套15的外侧设有多个与凸条45相配合的滑槽46，冲击承受套15的内径小于钢球10的外径。设置冲击承受套15能够防止钢球10撞击控制基座1，导致控制基座1损坏。同时，由于冲击承受套15的内径小于钢球10的外径，钢球10落到冲击承受套15内时能够卡在冲击承受套15内，并且冲击承受套15表面的摩擦力以及钢球10冲击冲击承受套15时钢球10底部与冲击承受套15之间产生的负压均能使得钢球10不易弹出，起到固定钢球10的作用。所述控制基座1内设有控制器47、A/D转换器50、信号放大器51和定时器48，所述第一线圈43、第二线圈52和第三线圈53经导线与信号放大器51相连，信号放大器51经导线与A/D转换器50相连，A/D转换器50经导线与控制器47相连，控制器47经导线连接有设置在控制基座1上的显示屏49，且控制器47经导线分别与定时器48和按钮11相连。
如附图1-5所示，所述第一线圈固定装置4、第二线圈固定装置5和第三线圈固定装置6具有相同的结构，所述第一线圈固定装置4包括相契合的上壳体16和下壳体28，上壳体16上设有第一上孔17和第二上孔18，第一上孔17的内部设有第一上圆环19，第二上孔18的内部设有第二上圆环20，下壳体28上设有第一下孔29和第二下孔30，第一下孔29的内部设有第一下圆环31，第二下孔30的内部设有第二下圆环32，第一上圆环19与第一下圆环31组成第一通道38，第二上圆环20与第二下圆环32组成第二通道39，所述导线柱2设置在第一通道38内，空心立柱3设置在第二通道39内，空心立柱3与第二通道39间隙配合。所述上壳体16内部还设有与第二上圆环20同轴心的上限位环21，上限位环21与第二上圆环20之间设有上腔22，下壳体28内部设有与第二下圆环32同轴心的下限位环33，下限位环33与第二下圆环32之间设有下腔34，上腔22和下腔34组成线圈腔室42，所述第一线圈43设置在线圈腔室42内，既能固定第一线圈43，防止第一线圈43发生偏移，又能避免钢球10或杂物碰到第一线圈43，影响测量精度。所述上壳体16穿设有两个用于连接导线的电缆接头54，电缆接头54的底部伸入线圈腔室42并分别与第一线圈43的两个端部相连接。可在上壳体16上开设孔，将电缆接头54插入孔内，将第一线圈43两个端部分别插入电缆接头54的底端，线缆接头55的顶端与导线相连，所有电缆接头54上的导线均穿进导线柱2并连接设置在控制基座1内的信号放大器51。所述下壳体28的两侧铰接有固定杆37，上壳体16的两侧设有固定块26，每个固定块26上设有与固定杆37相契合和限位卡槽27，所述的固定杆37包括开口环，开口环的两端分别设有一个短杆。将设置在下壳体28两侧的固定杆37转动并与上壳体16两侧对应固定块26上的限位卡槽27相契合，从而将上壳体16和下壳体28固定到一起。所述上壳体16的顶部设有开口锁紧接头25，且开口锁紧接头25的外径由上而下线性增大，开口锁紧接头25的内径与第一上孔17的内径相同，开口锁紧接头25的外侧配合连接有锁紧螺母40，旋紧锁紧螺母40，能够将第一线圈固定装置4牢牢固定在导线柱2上，能防止第一线圈固定装置4发生松动产生位移，从而影响实验结果。所述上壳体16内部设有多个空心固定柱23，下壳体28内部设有多个与空心固定柱23相契合的实心固定柱35，能防止上壳体16和下壳体28发生水平位移，增加第一线圈固定装置4的稳固性。所述上壳体16的内壁上设有第一限位环24，下壳体28的内壁上设有第二限位环36，空心固定柱23与实心固定柱35的外侧套设有弹簧41，弹簧41的一端设置在第一限位环24上，弹簧41的另一端设置在第二限位环36上。弹簧41的作用是防止上壳体16与下壳体28契合时间长了之后难以拆卸的情况发生，同时提供一个预紧力，使得第一线圈固定装置4的拆卸更加轻松。
基于电磁感应线圈的自由落体装置加速度测量方法，如附图1-6所示，具体包括以下步骤：
(1)调整第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置，使得第一线圈固定装置与第二线圈固定装置之间的距离和第二线圈固定装置与第三线圈固定装置之间的距离相等；
(2)开启电源，控制器初始化，第一线圈、第二线圈和第三线圈通电分别产生第一感应磁场、第二感应磁场和第三感应磁场；
(3)按下按钮，控制器控制定时器开始计时，励磁线圈充磁产生反向弱磁场，并抵消部分磁铁产生的磁场，磁铁的吸力减小，吸附套放开钢球；其中，励磁线圈产生的反向弱磁场小于磁铁的退磁曲线归矫顽力点对应的反向磁场，从而避免磁铁消磁导致断电时不能吸住钢球；
(4)钢球做自由落体运动，当钢球分别穿过第一线圈、第二线圈和第三线圈时，控制器获得第一标记时间点t1、第二标记时间点t2和第三标记时间点t3，控制器通过以下计算公式获得t1，t2和t3：
第一标记点时间点，t2为第二标记点时间点，t3为第三标记点时间点，tA为钢球刚进入第一感应磁场的时间，tB为钢球刚落出第一感应磁场的时间，tC为钢球刚进入第二感应磁场的时间，tD为钢球刚落出第二感应磁场的时间，tE为钢球刚进入第三感应磁场的时间，tF为钢球刚落出第三感应磁场的时间；
(6)控制器根据以下公式计算钢球做自由落体时的加速度：
球的加速度，X为第一线圈与第二线圈之间的距离(等于第二线圈与第三线圈之间的距离)，落到第二线圈的时间，落到第三线圈的时间；
(6)控制器根据计算结果将钢球自由落体时的加速度数据传输到显示屏，显示屏显示加速度。
工作原理：本发明将导线柱2设置在控制基座1上，将第一线圈固定装置4、第二线圈固定装置5和第三线圈固定装置6固定在导线柱上，且第一线圈固定装置4、第二线圈固定装置5和第三线圈固定装置6套设在空心立柱3外侧。第一线圈固定装置4、第二线圈固定装置5和第三线圈固定装置6内分别设置第一线圈43、第二线圈52和第三线圈53，空心立柱3的顶部设置固定架7，将励磁线圈8设置在固定架7上，并在励磁线圈8中部设置磁铁44，磁铁44的底部连接吸附套9，钢球10经磁铁44的吸力固定在固定套内。按下固定架7上的按钮11时，控制基座1内的控制器47控制定时器48开始计时，励磁线圈8充磁产生反向弱磁场，并抵消部分磁铁44产生的磁场，磁铁44的吸力减小，吸附套9放开钢球10，钢球10做自由落体运动，当钢球10分别穿过第一线圈43、第二线圈52和第三线圈53时，由于改变了第一线圈43、第二线圈52和第三线圈53内的磁通产生三组感应电压数据，三组感应电压数据经信号放大器51放大信号后，再由A/D转换器50将电信号转换为数字信号，传输到控制器47，控制器47再根据三组感应电压数据产生时定时器48对应的三个时间段，计算钢球10从第一线圈43到第二线圈52所用的时间以及钢球10从第二线圈52到第三线圈53所用的时间，计算得出钢球10自由落体时的加速度并将数据传输到显示屏49。实验人员可以根据显示屏49上显示的数值得知钢球10自由落体时加速度的大小，实验现象十分直观，增加了教学实验的丰富性。

Claims (10)

1.基于电磁感应线圈的自由落体装置，其特征在于：包括控制基座(1)，控制基座(1)上设有导线柱(2)，控制基座(1)上经固定开口环(55)螺纹连接有空心立柱(3)，导线柱(2)与空心立柱(3)上由上而下套设有第一线圈固定装置(4)、第二线圈固定装置(5)和第三线圈固定装置(6)，第一线圈固定装置(4)、第二线圈固定装置(5)和第三线圈固定装置(6)内分别设有第一线圈(43)、第二线圈(52)和第三线圈(53)，第一线圈(43)、第二线圈(52)和第三线圈(53)均与空心立柱(3)同轴心；所述空心立柱(3)的顶部设有固定架(7)，固定架(7)上设有按钮(11)和励磁线圈(8)，励磁线圈(8)的内部设有磁铁(44)，磁铁(44)的底部连接有吸附套(9)，吸附套(9)内经磁铁(44)的吸力吸附有钢球(10)；所述控制基座(1)内设有控制器(47)、A/D转换器(50)、信号放大器(51)和定时器(48)，所述第一线圈(43)、第二线圈(52)和第三线圈(53)经导线与信号放大器(51)相连，信号放大器(51)经导线与A/D转换器(50)相连，A/D转换器(50)经导线与控制器(47)相连，控制器(47)经导线连接有设置在控制基座(1)上的显示屏(49)，且控制器(47)经导线分别与定时器(48)和按钮(11)相连。
2.根据权利要求1所述的基于电磁感应线圈的自由落体装置，其特征在于：所述第一线圈固定装置(4)、第二线圈固定装置(5)和第三线圈固定装置(6)具有相同的结构，所述第一线圈固定装置(4)包括相契合的上壳体(16)和下壳体(28)，上壳体(16)上设有第一上孔(17)和第二上孔(18)，第一上孔(17)的内部设有第一上圆环(19)，第二上孔(18)的内部设有第二上圆环(20)，下壳体(28)上设有第一下孔(29)和第二下孔(30)，第一下孔(29)的内部设有第一下圆环(31)，第二下孔(30)的内部设有第二下圆环(32)，第一上圆环(19)与第一下圆环(31)组成第一通道(38)，第二上圆环(20)与第二下圆环(32)组成第二通道(39)，所述导线柱(2)设置在第一通道(38)内，空心立柱(3)设置在第二通道(39)内；所述上壳体(16)内部还设有与第二上圆环(20)同轴心的上限位环(21)，上限位环(21)与第二上圆环(20)之间设有上腔(22)，下壳体(28)内部设有与第二下圆环(32)同轴心的下限位环(33)，下限位环(33)与第二下圆环(32)之间设有下腔(34)，上腔(22)和下腔(34)组成线圈腔室(42)，所述第一线圈(43)设置在线圈腔室(42)内；所述上壳体(16)穿设有两个用于连接导线的电缆接头(54)，电缆接头(54)的底部伸入线圈腔室(42)并分别与第一线圈(43)的两个端部相连接；所述下壳体(28)的两侧铰接有固定杆(37)，上壳体(16)的两侧设有固定块(26)，每个固定块(26)上设有与固定杆(37)相契合和限位卡槽(27)。
3.根据权利要求2所述的基于电磁感应线圈的自由落体装置，其特征在于：所述上壳体(16)的顶部设有开口锁紧接头(25)，且开口锁紧接头(25)的外径由上而下线性增大，开口锁紧接头(25)的内径与第一上孔(17)的内径相同，开口锁紧接头(25)的外侧配合连接有锁紧螺母(40)。
4.根据权利要求2所述的基于电磁感应线圈的自由落体装置，其特征在于：所述上壳体(16)内部设有多个空心固定柱(23)，下壳体(28)内部设有多个与空心固定柱(23)相契合的实心固定柱(35)。
5.实现权利要求4所述的基于电磁感应线圈的自由落体装置，其特征在于：所述上壳体(16)的内壁上设有第一限位环(24)，下壳体(28)的内壁上设有第二限位环(36)，空心固定柱(23)与实心固定柱(35)的外侧套设有弹簧(41)，弹簧(41)的一端设置在第一限位环(24)上，弹簧(41)的另一端设置在第二限位环(36)上。
6.根据权利要求1所述的基于电磁感应线圈的自由落体装置，其特征在于：所述第一线圈固定装置(4)与第二线圈固定装置(5)之间的距离和第二线圈固定装置(5)与第三线圈固定装置(6)之间的距离相等。
7.根据权利要求1所述的基于电磁感应线圈的自由落体装置，其特征在于：所述固定架(7)的底部设有应力连杆(12)，应力连杆(12)的末端设有轴套(13)，轴套(13)套设在导线柱(2)的外侧。
8.根据权利要求1所述的基于电磁感应线圈的自由落体装置，其特征在于：所述固定开口环(55)内设有固定在控制基座(1)上的固定座(14)，固定座(14)的内侧设有多个凸条(45)，固定座(14)上嵌设有冲击承受套(15)，冲击承受套(15)为弹性材料，冲击承受套(15)的外侧设有多个与凸条(45)相配合的滑槽(46)，冲击承受套(15)的内径小于钢球(10)的外径。
9.根据权利要求1-8任一项所述的基于电磁感应线圈的自由落体装置加速度测量方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)拧开第一线圈固定装置、第二线圈固定装置或第三线圈固定装置的锁紧螺母，调整第一线圈固定装置、第二线圈固定装置和第三线圈固定装置之间的距离，再拧紧锁紧螺母；
(2)开启电源，控制器初始化，第一线圈、第二线圈和第三线圈通电分别产生第一感应磁场、第二感应磁场和第三感应磁场；
(3)按下按钮，控制器控制定时器开始计时，励磁线圈充磁产生反向弱磁场，并抵消部分磁铁产生的磁场，磁铁的吸力减小，吸附套放开钢球；
(4)钢球做自由落体运动，当钢球分别穿过第一线圈、第二线圈和第三线圈时，控制器获得第一标记时间点t1、第二标记时间点t2和第三标记时间点t3，控制器通过以下计算公式获得t1，t2和t3：
其中，t1为第一标记点时间点，t2为第二标记点时间点，t3为第三标记点时间点，tA为钢球刚进入第一感应磁场的时间，tB为钢球刚落出第一感应磁场的时间，tC为钢球刚进入第二感应磁场的时间，tD为钢球刚落出第二感应磁场的时间，tE为钢球刚进入第三感应磁场的时间，tF为钢球刚落出第三感应磁场的时间；
(5)控制器根据以下公式计算钢球做自由落体时的加速度：
Δt1＝t2-t1，
Δt2＝t3-t2，
因此，
其中，a为钢球的加速度，X为第一线圈与第二线圈之间的距离，同时X也是第二线圈与第三线圈之间的距离，Δt1为钢球从第一线圈落到第二线圈的时间，Δt2为钢球从第二线圈落到第三线圈的时间；
(6)控制器根据计算结果将钢球自由落体时的加速度数据传输到显示屏，显示屏显示加速度。
10.根据权利要求9所述的基于电磁感应线圈的自由落体装置加速度测量方法，其特征在于：步骤(3)中所述励磁线圈产生的反向弱磁场小于磁铁的退磁曲线归矫顽力点对应的反向磁场。
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