CN110767044A - 一种自由落体教学实验设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于物理动力学教育演示用具技术领域，公开了一种自由落体教学实验设备，包括底座和固定在底座上的架体，架体上滑动连接有挡板，还包括固定在架体上的两个实验管体，实验管体两端均封闭，实验管体顶端设有进料口，实验管体下部设有出料口；挡板设有两个，且两个挡板分别贯穿两个实验管体的上部，且与实验管体滑动连接；底座上还固定有抽气泵，抽气泵的抽气口与两个实验管体连通。本发明解决了现目前进行实验时，物块在下落过程中会发生相互干扰，影响实验结果的问题。

Description

一种自由落体教学实验设备

技术领域

本发明属于物理动力学教育演示用具技术领域，具体涉及一种自由落体教学实验设备。

背景技术

自由落体实验室物理教学中非常经典的实验之一，传统的实验，是通过老师或者学生将两个或多个测试物体置于同一高度，再同时松手，观察两个或多个物体的下落时间，但是这种实验方式受到外界因素的影响较大，而且实验时不能确保两个实验物体从同一高度同时落下。为克服上述问题，出现了一种实验设备，包括架体，架体上滑动连接有挡块，通过将测试物体放置在挡块上，使得测试物体位于同一高度，并滑动挡块，使得测试物体的支撑力消失，同时同步下落。利用这种实验设备进行实验能保证物体从同一高度同时下落，但是，在下落的过程中，物体可能会发生相互干扰，影响实验的结果。

发明内容

本发明意在提供一种自由落体教学实验设备，以解决现目前进行实验时，物块在下落过程中会发生相互干扰，影响实验结果的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种自由落体教学实验设备，包括底座和固定在底座上的架体，架体上滑动连接有挡板，还包括固定在架体上的两个实验管体，实验管体与架体对应的一侧为透明，实验管体两端均封闭，实验管体顶端设有进料口，实验管体下部设有出料口；挡板设有两个，且两个挡板分别贯穿两个实验管体的上部，且与实验管体滑动连接；底座上还固定有抽气泵，抽气泵的抽气口与两个实验管体连通。

本技术方案的技术原理：

将两个实验物块(通常为不同重量的两个铁球)分别放置在挡板上，并利用抽气泵对实验管体进行抽气，使得实验管体内保持一定的真空度，再同时滑动挡板，使得两个挡板上的实验物块同步落下，并且两个实验物块分别位于两个实验管体内，能够避免在实验的过程中发生相互干扰。而通过将实验管体与架体对应的一侧设置为透明，能方便观察。

本技术方案的有益效果：

1、通过设置两根独立的实验管体，能够实现两个实验物块独立的运动，避免两个实验物块相互干扰，从而提高实验的准确度；并且在独立的管体内进行实验，能够减少外部环境对实验的影响；

2、利用抽气泵对实验管体进行抽气，能够保证实验管体内保持一定的真空度，减少空气阻力对实验结果的影响；

3、实验管体内保持一定的真空度，能够减少声音的传播介质，进而能够减少实验物块落至实验管体底部时撞击发出的噪音。

进一步，所述实验管体内竖向滑动连接支撑板，支撑板底部与实验管体底部之间设有弹簧。

有益效果：在支撑板下部设置弹簧能够减少实验物块对支撑板的撞击，起到缓冲的效果。

进一步，所述底座上还固定有支架，支架位于架体未设置实验管体的一侧，支架上固定有两个计时器，两个计时器上均电连接有两个按钮开关，按钮开关固定在支架靠近架体的一侧上，按钮开关分别位于计时器上下两侧，上部的按钮开关与挡板位于同一水平面；架体上沿垂直于实验物体下落方向滑动连接有两个按压杆，两个按压杆分别贯穿两个实验管体且与实验管体滑动连接，按压杆位于支撑板下方，且按压杆与下部的按钮开关位于同一水平面。

有益效果：相比现目前利用人工进行计时相比，精度更高。在上部，滑动挡板时，当挡板与上部的按钮开关接触后，打开计时器，计时器开始计时；当物块落下，撞击支撑板时，支撑板挤压按压杆滑出，从而挤压下部的按钮开关，从而暂停计时器，查看两个计时器上的时间，进行对比，就能得出实验结果。而且即使两个挡板没有同步的滑动，但是按压上下两个按钮开关的时间间隔不变，因此不会对实验结果造成影响。

进一步，所述按压杆位于实验管体内的一端呈楔面。

有益效果：楔面能方便支撑板下移时挤压按压杆，实现按压杆滑出实验管体内挤压按钮开关。

进一步，所述按压杆呈L形，按压杆的竖向部位于架体外，按压杆的竖向部与架体之间设有弹簧。

有益效果：按压杆滑出后，不在受到支撑板挤压的力后，能在弹簧的作用下自动复位。

进一步，所述出料口位于支撑板下方，支撑板底部均铰接有两根伸缩杆，实验管体与出料口相对的内壁上设有挡块，挡块位于支撑板下方。

有益效果：实验物块带动支撑板下移时，伸缩杆将支撑板抵住，并实现支撑板的顺利下移，当支撑板的一侧与挡块接触后，支撑板的另一侧继续下移，进而支撑板发生倾斜，方便实验物块从出料口滑出。

进一步，所述架体位于实验管体下方设有安装槽，伸缩杆底部均固定有贯穿实验管体底端且与实验管体底端滑动连接的推杆；还包括两个送料结构，送料结构均包括铰接在安装槽内的杠杆，杠杆的一端位于推杆下方，杠杆的另一端位于架体与支架之间，杠杆的另一端上固定有移动杆；架体靠近支架的一侧上竖向滑动连接有运送框，运送框可与出料口连通；支架上部设有放置框，运送框可与放置框连通，且架体上设有用于避免实验物块滑出的阻挡块。

有益效果：通过设置送料结构，能够将滑出的实验物块运送至上方，进而方便物块的拿取。支撑板在下移时，会带动推杆下移，从而挤压杠杆的一端，使得杠杆的另一端上移；在实验物块从支撑板上滑落时，支撑板带动推杆复位，进而使得杠杆的另一端下移，使得运送框与出料口连通，实验物块落至运送框内，进行下一次实验时，推杆挤压杠杆的一端时，使得杠杆的另一端推动运送框上移，并使得运送框与放置框连通，将实验物块传输至放置框内，方便拿取。

进一步，两块所述挡板之间通过连接杆固定，且连接杆与架体之间设有弹簧。

有益效果：设置连接杆，能实现两块挡板的同步移动，方便两个实验物块同步下移；设置弹簧，能在实验物块落下后，挡板的自动复位。

进一步，所述挡板顶部设有凹槽。

有益效果：设置凹槽能方便实验物块在挡板上保持平衡，避免实验物块发生晃动。

进一步，所述实验管体之间通过连通管连通。

有益效果：利用连通管将两个实验管体连通，能实现两个实验管体内保持相同的真空度，确保实验环境一致，减少对实验结果的影响。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明实施例2中送料结构的结构示意图；

图4为图3中A-A向剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：底座1、架体2、通孔21、支架3、计时器31、按钮开关32、实验管体4、挡板41、连接杆411、凹槽412、进料口42、密封塞43、推块44、按压杆45、挡块46、出料口47、连通管48、支撑板5、推杆51、齿条511、伸缩杆52、抽气泵6、抽气管61、齿轮62、杠杆7、移动杆71、运送框8、连通孔81、滑动孔82、遮挡板83、阻挡块84、放置框9、滑孔91、封闭板92。

实施例1：

一种自由落体教学实验设备，基本如附图1所示，包括底座1、固定在底座1上的架体2和支架3，支架3位于架体2的后侧。架体2前侧并排固定有两个封闭的实验管体4，实验管体4之间设有连通管48，连通管48的两端分别与两个实验管体4连通，实验管体4的横截面为长方形，实验管体4的前侧面呈透明，例如玻璃材质。

还包括两块挡板41，结合图2所示，两块挡板41均贯穿架体2和实验管体4后侧(即图2中的左侧)，且两块均与架体2和实验管体4滑动横向滑动连接。挡板41的后端与位于架体2的后侧，且两个挡板41后端之间固定有连接杆411，连接杆411与架体2之间焊接有弹簧，挡板41的前端与实验管体4的内壁相贴。挡板41位于实验管体4内的部分的上表面设有弧形的凹槽412，实验管体4后侧的内壁上设有与挡板41上表面相贴的推块44。实验管体4顶部设有进料口42，进料口42上设有密封塞43。

实验管体4的底部均竖向滑动连接有推杆51，推杆51贯穿实验管体4底部且延伸至实验管体4外，推杆51位于实验管体4内的部分上套设有弹簧，弹簧的两端分别焊接在支撑板5底部和实验管体4底部。推杆51顶部设有锥形块，锥形块内嵌设有两根伸缩杆52伸缩杆52的顶部铰接有支撑板5，支撑板5的顶部与实验管体4的内壁相贴，锥形块与支撑板5底面相贴。

实验管体4前侧的内壁上设有挡块46，挡块46位于支撑板5下方。实验管体4的后侧壁上设有出料口47，出料口47位于挡块46下方；架体2上设有与出料口47连通的通孔21，底座1上位于通孔21下方设有收料箱。还包括L形的按压杆45，按压杆45包括横向部和竖向部，竖向部位于架体2后侧，横向部贯穿架体2和实验管体4的后侧壁，且横向部与架体2和实验管体4滑动连接，横向部的右端为楔面，且横向部的顶部与支撑板5下表面相抵。竖向部与架体2之间设有弹簧。

支架3上固定有两个计时器31，两个计时器31上均电连接有两个按钮开关32，其中一个按钮开关32位于上部，且与挡板41位于同一水平面，另一个按钮开关32位于下部，且与按压杆45位于同一水平面。

底座1上固定有抽气泵6，抽气泵6的抽气端上连通有抽气管61，抽气管61为Y型管，Y型管包括与抽气泵6的抽气端连通的主管和两根分别与两个实验管体4连通的支管，支管与实验管体4的连通处位于支撑板5上方。抽气管61的主管上设置有旋转阀门，旋转阀门外侧设有齿轮62，齿轮62与旋转阀门之间设有单向轴承；右侧的推杆51位于实验管体4外的部分上固定有与齿轮62啮合的齿条511。当推杆51向下移动时，齿条511带动齿轮62转动，此时单向轴承空转，旋转阀门不会发生转动；当推杆51上移时，齿条511带动齿轮62反向转动，并通过单向轴承的传动实现旋转阀门转动并打开，实现对实验管体4的抽气。

具体实施过程如下：

进行实验时，取出密封塞43，将两个重量不同的实验物块分别放置在两块挡板41上的凹槽412内，再利用密封塞43将实验管体4固定，启动抽气泵6进行抽气，使得实验管体4内保持一定的真空度(具体的根据实验需求设置)后关闭抽气泵6。再握持连接杆411，带动挡板41向后侧滑动，当实验物块与推块44接触时，使得实验物块滑出凹槽412并下落。通过连接杆411的设置，能实现实验物块的同步下落。实验物块下落时，挡板41挤压支架3上部的按钮开关32，使得两个计时器31打开，并开始计时。

实验物块下落至支撑板5上，会挤压支撑板5，使得支撑板5下移，支撑板5下移过程中挤压按压杆45，使得按压杆45滑出，并压动按钮开关32，使得计时器31停止计时，通过查看两个计时器31上的时间，便能知道两个实验物块下落的时间，并记录实验结果。

支撑板5在实验物块的重力作用下会持续下移，支撑板5下移会带动齿条511下移，从而实现齿轮62的转动，在单向轴承的作用下，齿轮62会发生空转。当支撑板5下移至与挡块46接触后，会在实验物块的挤压下持续下移，而支撑板5的一端受到挡块46阻挡，从而会使得支撑板5发生倾斜，进而使得实验物块从出料口47滑出。

实验物块滑出后，支撑板5在弹簧的重力作用下复位，进而实现对推杆51的上移，从而带动齿条511上移，使得齿轮62发生反转，并带动旋转阀门转动，将抽气泵6打开，对实验管体4进行抽气，方便进行下一次的实验。

实施例2：

实施例2与实施例1的不同之处仅在于，架体2位于实验管体4下方设有安装槽。如图3所示，还包括两个送料结构，送料结构均包括铰接在安装槽内的杠杆7，杠杆7左端至与安装槽铰接处的距离为杠杆7右端至与安装槽铰接处的距离的三倍。杠杆7的右端位于推杆51下方，杠杆7的左端位于架体2与支架3之间，杠杆7的左端铰接有移动杆71。

以图3的图示为准，架体2的左侧竖向滑动连接有运送框8，移动杆71顶端铰接在运送框8下方。运送框8的右侧壁上设有与通孔21连通的连通孔81。结合图4所示，运送框8的右侧壁上设有滑动孔82，架体2上位于通孔21的右侧设有阻挡块84，阻挡块84与运送框8右侧壁相贴阻挡块84顶部固定有放置框9，放置框9左侧壁设有与滑动孔82连通的滑孔91。放置框9左侧壁上竖向滑动连接有封闭板92，架体2底部竖向滑动连接有遮挡块46，遮挡块46底部与底座1之间设有弹簧。

具体实施过程如下：

在实验过程中，推杆51下移时，会挤压杠杆7左端，从而使得杠杆7左端下移，根据杠杆7原理，杠杆7右端上移，并通过移动杆71带动运送框8上移。运送框8上移后，遮挡块46会在弹簧的作用下上移，将通孔21密封。因此能避免从实验管体4内滑出的实验物块滑落。当实验物块滑落后，支撑板5在弹簧作用下复位，使得运送框8下滑，并向下挤压遮挡块46，使得通孔21与连通孔81逐渐连通，实验物块进入运送框8内。

进行第二次实验时，实验物块向下挤压支撑板5时，推杆51挤压杠杆7右端，杠杆7左端上的移动杆71带动运送框8上移，当运送框8上的滑动孔82与放置框9上的滑孔91连通时，物块进入放置框9内。当第二次试验的实验物块滑出实验管体4后，支撑板5复位，进而使得运送框8上移，而推动封闭板92的力消失，封闭板92在重力的作用下下滑，进而将放置框9遮挡，便于实验物块的存放。

在此过程中，通过将实验物块运送至放置框9，而放置框9的高度较高，能够方便拿取，便于实验的进行。

对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本专利实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.一种自由落体教学实验设备，包括底座和固定在底座上的架体，架体上滑动连接有挡板，其特征在于：还包括固定在架体上的两个实验管体，实验管体与架体对应的一侧为透明，实验管体两端均封闭，实验管体顶端设有进料口，实验管体下部设有出料口；挡板设有两个，且两个挡板分别贯穿两个实验管体的上部，且与实验管体滑动连接；底座上还固定有抽气泵，抽气泵的抽气口与两个实验管体连通。

2.根据权利要求1所述的一种自由落体教学实验设备，其特征在于：所述实验管体内竖向滑动连接支撑板，支撑板底部与实验管体底部之间设有弹簧。

3.根据权利要求2所述的一种自由落体教学实验设备，其特征在于：所述底座上还固定有支架，支架位于架体未设置实验管体的一侧，支架上固定有两个计时器，两个计时器上均电连接有两个按钮开关，按钮开关固定在支架靠近架体的一侧上，按钮开关分别位于计时器上下两侧，上部的按钮开关与挡板位于同一水平面；架体上沿垂直于实验物体下落方向滑动连接有两个按压杆，两个按压杆分别贯穿两个实验管体且与实验管体滑动连接，按压杆位于支撑板下方，且按压杆与下部的按钮开关位于同一水平面。

4.根据权利要求3所述的一种自由落体教学实验设备，其特征在于：所述按压杆位于实验管体内的一端呈楔面。

5.根据权利要求4所述的一种自由落体教学实验设备，其特征在于：所述按压杆呈L形，按压杆的竖向部位于架体外，按压杆的竖向部与架体之间设有弹簧。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种自由落体教学实验设备，其特征在于：所述出料口位于支撑板下方，支撑板底部均铰接有两根伸缩杆，实验管体与出料口相对的内壁上设有挡块，挡块位于支撑板下方。

7.根据权利要求6所述的一种自由落体教学实验设备，其特征在于：所述架体位于实验管体下方设有安装槽，伸缩杆底部均固定有贯穿实验管体底端且与实验管体底端滑动连接的推杆；还包括两个送料结构，送料结构均包括铰接在安装槽内的杠杆，杠杆的一端位于推杆下方，杠杆的另一端位于架体与支架之间，杠杆的另一端上固定有移动杆；架体靠近支架的一侧上竖向滑动连接有运送框，运送框可与出料口连通；支架上部设有放置框，运送框可与放置框连通，且架体上设有用于避免实验物块滑出的阻挡块。

8.根据权利要求7所述的一种自由落体教学实验设备，其特征在于：两块所述挡板之间通过连接杆固定，且连接杆与架体之间设有弹簧。

9.根据权利要求8所述的一种自由落体教学实验设备，其特征在于：所述挡板顶部设有凹槽。

10.根据权利要求9所述的一种自由落体教学实验设备，其特征在于：所述实验管体之间通过连通管连通。

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