CN112201124A - 一种重力加速度的物理教学用演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力加速度的物理教学用演示装置，涉及物理教学器材技术领域。该重力加速度的物理教学用演示装置，包括方形支撑柱体，所述方形支撑柱体上设置有调节机构、收纳机构、缓冲机构、安装杆、第二光电门和显示屏，方形支撑柱体的底部外表面焊接安装有底座，安装杆的一端穿过洞口延伸至方形支撑柱体的内部。该重力加速度的物理教学用演示装置，使得整个演示过程更加直观地展现在师生面前，实验过程中各种数据都能从显示屏上读取，有助于学生更好地理解和掌握重力加速度的性质和意义，同时采用电磁制动方式达到实验铁球的自由落体运动，减少了实验铁球在自由落体时受到的外力影响，降低实验误差。

Description

一种重力加速度的物理教学用演示装置

技术领域

本发明涉及物理教学器材技术领域，具体为一种重力加速度的物理教学用演示装置。

背景技术

重力加速度也叫自由落体加速度，物体只受重力作用，自由降落时产生的加速度，在地面上同一地点，各种物体的重力加速度相同，不同地点的重力加速度略有不同：赤道处较小，两极处较大；同一纬度处，离地面越高，重力加速度越小。

重力加速度测量是物理教学中一项基础的实验，目前部分的重力加速度演示装置在过程中需要多种仪器配合使用，操作复杂繁琐，不便于师生独立完成，演示的过程和数据不够直观，实际教学效果较差，学生难以理解和学习重力加速度的意义和性质，且大多装置体积和质量较大，不便移动，实用性和适用范围有限，不利于推广和使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重力加速度的物理教学用演示装置，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：一种重力加速度的物理教学用演示装置，包括方形支撑柱体，所述方形支撑柱体上设置有调节机构、收纳机构、缓冲机构、安装杆、第二光电门和显示屏，方形支撑柱体的底部外表面焊接安装有底座，方形支撑柱体的顶部开设有洞口，安装杆的一端穿过洞口延伸至方形支撑柱体的内部，安装杆的两端均焊接安装有限位块，方形支撑柱体的两侧内壁上均开设有滑槽，位于方形支撑柱体内部的一组限位块滑动安装于滑槽内，方形支撑柱体与安装杆滑动安装，安装杆的外壁上焊接安装有安装箱，安装箱的底部外表面焊接安装有电磁铁，采用电磁制动方式达到实验铁球的自由落体运动，减小实验铁球在落体过程中受到的摩擦力，降低实验误差，操作简单便捷，使用方便，方形支撑柱体的外壁上焊接安装有第二安装板，第二安装板的一侧外壁上焊接安装有第一光电门，第一光电门分别位于电磁铁和第二光电门的正下方和正上方，第二安装板的顶部外表面焊接安装有计时器。

优选的，所述调节机构包括螺纹杆、第一安装板、电动推杆和安装台，底座的顶部外表面转动安装有螺纹杆，方形支撑柱体的外壁上套设安装有第一安装板，螺纹杆与第一安装板螺纹安装，方形支撑柱体上设置有电动推杆，方形支撑柱体的一侧外壁上焊接安装有安装台，电动推杆焊接安装于安装台的顶部外表面，电动推杆的自由端与安装箱的底部外表面焊接安装。

优选的，所述螺纹杆的一端焊接安装有旋钮，方形支撑柱体的前侧外表面粘贴固定有刻度标签，辅助读取两组光电门之间的距离数据，节省实验时间，提升实验效率，第一安装板的顶部外表面焊接安装有激光测速传感器，安装台的底部外表面焊接安装有水平尺，辅助演示人员在使用前对装置进行垂直校准，减小实验误差。

优选的，所述收纳机构包括安装架、导轨、滑条和支杆，安装箱的内部设置有安装架，安装架的一侧外壁上焊接安装有抽拉把手，显示屏铰接安装于安装架的前后侧内壁上，安装箱的内侧底部焊接安装有两组导轨，安装架的底部外表面焊接安装有滑条，滑条滑动安装有导轨内，安装架与安装箱滑动安装，显示屏的底部铰接安装有支杆。

优选的，所述安装架的顶部外表面开设有弧形开口，安装架的内侧底部开设有收纳洞口和九组搭接洞口，搭接洞口位于收纳洞口的内部，支杆的一端位于搭接洞口内部，便于调节显示屏的角度，便于学生获得最佳的观测角度，拓宽了装置的使用场景和范围。

优选的，所述缓冲机构包括挡板、安装槽、连接块、缓冲弹簧、收集筒和连接杆，底座的顶部外表面焊接安装有挡板和收集筒，挡板的一侧外壁上开设有安装槽，安装槽上滑动安装有连接块，安装槽的内侧底部焊接安装有两组缓冲弹簧，缓冲弹簧的一端与连接块的底部外表面焊接安装，收集筒的一侧外壁上铰接安装有两组连接杆，连接杆的一端与连接块的一侧外壁相铰接。

优选的，所述连接杆位于第二光电门的正下方，连接杆的外壁上粘贴固定有橡胶垫，削弱实验铁球掉落时的重力势能，防止铁球自由落体后砸伤演示人员和学生。

优选的，所述底座的顶部镶嵌安装有激光测距仪，激光测距仪位于电磁铁的正下方，第一光电门和第二光电门均与计时器电连接，显示屏的内部集成有单板机，计时器、激光测距仪和激光测速传感器均与显示屏上的单板机电连接，实验过程中各种数据都能从显示屏上读取，使得整个重力加速度实验的数据和过程能够直观地呈现在学生面前，帮助其更好地理解和掌握重力加速度的性质和意义。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)、该重力加速度的物理教学用演示装置，通过电磁铁、第一光电门、第二光电门、计时器、显示屏和激光测距仪的配合使用，使得整个演示过程更加直观地展现在师生面前，实验过程中各种数据都能从显示屏上读取，装置一体化程度较高，将实验用器具集成在一起，便于演示和观测，有助于学生更好地理解和掌握重力加速度的性质和意义，同时采用电磁制动的方式完成实验铁球的自由落体运动，相较于手持实验铁球再放开或采用绳索连接实验铁球再剪断等使其达到自由落体目的的实验方式，减少了实验铁球在自由落体时受到的外力影响，降低实验误差，而部分采用抽真空方式减小实验铁球自由落体时与空气之间摩擦力的实验装置虽然能将误差控制的较小，但操作步骤复杂困难，装置体积较为庞大，造价高且易碎，并不适合在物理课堂上教学演示，相反地，本装置的操作更加简单快捷，演示效果也清楚直观。

(2)、该重力加速度的物理教学用演示装置，通过方形支撑柱体、底座、安装杆、限位块、电动推杆、安装箱和激光测速传感器的配合使用，便于使用者对本装置进行移动和搬抬，减轻劳动负担，同时安装杆的可伸缩式的结构设计减小了装置整体占地面积，相较于部分体积和质量较大的演示装置，本装置更适合在各种教学机构的物理实验过程中使用，激光测速传感器的设置使得装置在能够测量物体自由落体重力加速度的同时还能测量其速度，提升了本装置的功能性和实用性，拓宽了本装置的使用场景和范围。

(3)、该重力加速度的物理教学用演示装置，通过安装架、支杆、缓冲弹簧、收集筒和连接杆的配合使用，能够对演示过程中使用的实验铁球进行回收，防止铁球自由落体后砸伤演示人员或学生，使得整个演示过程更加安全可靠，同时显示屏抽拉翻转式的结构设计减小装置占地面积的同时能够对显示屏自身起到良好地防护作用，延长装置的使用寿命，水平尺的设置保证装置水平垂直，进一步减小实验误差。

(4)、该重力加速度的物理教学用演示装置，通过方形支撑柱体、螺纹杆、第一安装板、电动推杆和安装杆的配合使用，能够自由地对第一光电门和第二光电门之间距离进行调节，还能改变实验铁球的下落高度，方便演示人员进行多次不同变量的实验，实验结果更具说服力，帮助学生学习和掌握重力加速度的性质，利于在各种物理教学课堂中推广和使用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的方形支撑柱体结构示意图；

图4为本发明的安装箱结构示意图；

图5为本发明的安装架俯视图；

图6为本发明的A部放大图；

图7为本发明的收集筒俯视图；

图8为本发明的底座结构示意图。

图中：1方形支撑柱体、2调节机构、201螺纹杆、202第一安装板、203电动推杆、204安装台、3收纳机构、301安装架、302导轨、303滑条、304支杆、4缓冲机构、401挡板、402安装槽、403连接块、404缓冲弹簧、405收集筒、406连接杆、5底座、6安装杆、7限位块、8安装箱、9电磁铁、10第二安装板、11第一光电门、12第二光电门、13计时器、14显示屏、15激光测距仪、16激光测速传感器。

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1-8，本发明提供一种技术方案：一种重力加速度的物理教学用演示装置，包括方形支撑柱体1，方形支撑柱体1上设置有调节机构2、收纳机构3、缓冲机构4、安装杆6、第二光电门12和显示屏14，方形支撑柱体1的底部外表面焊接安装有底座5，方形支撑柱体1的顶部开设有洞口，安装杆6的一端穿过洞口延伸至方形支撑柱体1的内部，安装杆6的两端均焊接安装有限位块7，方形支撑柱体1的两侧内壁上均开设有滑槽，位于方形支撑柱体1内部的一组限位块7滑动安装于滑槽内，方形支撑柱体1与安装杆6滑动安装，安装杆6的外壁上焊接安装有安装箱8，安装箱8的底部外表面焊接安装有电磁铁9，相较于部分操作复杂的演示装置，本装置的操作更加简单快捷，演示效果也清楚直观，方形支撑柱体1的外壁上焊接安装有第二安装板10，第二安装板10的一侧外壁上焊接安装有第一光电门11，第一光电门11分别位于电磁铁9和第二光电门12的正下方和正上方，第二安装板10的顶部外表面焊接安装有计时器13，采用电磁制动方式达到实验铁球的自由落体运动，削弱实验铁球在自由落体过程中受到外部因素的影响，保证实验结果的准确性和说服力。

调节机构2包括螺纹杆201、第一安装板202、电动推杆203和安装台204，底座5的顶部外表面转动安装有螺纹杆201，方形支撑柱体1的外壁上套设安装有第一安装板202，螺纹杆201与第一安装板202螺纹安装，方形支撑柱体1上设置有电动推杆203，方形支撑柱体1的一侧外壁上焊接安装有安装台204，电动推杆203焊接安装于安装台204的顶部外表面，电动推杆203的自由端与安装箱8的底部外表面焊接安装，能够自由地对第一光电门11和第二光电门12之间距离进行调节，还能改变实验铁球的下落高度，方便演示人员进行多次不同变量的实验，实验结果更具说服力，帮助学生学习和掌握重力加速度的性质，利于在各种物理教学课堂中推广和使用，螺纹杆201的一端焊接安装有旋钮，方形支撑柱体1的前侧外表面粘贴固定有刻度标签，第一安装板202的顶部外表面焊接安装有激光测速传感器16，激光测速传感器16是通过激光能测量被测物运行速度的仪器，安装台204的底部外表面焊接安装有水平尺，收纳机构3包括安装架301、导轨302、滑条303和支杆304，安装箱8的内部设置有安装架301，安装架301的一侧外壁上焊接安装有抽拉把手，显示屏14铰接安装于安装架301的前后侧内壁上，安装箱8的内侧底部焊接安装有两组导轨302，安装架301的底部外表面焊接安装有滑条303，滑条303滑动安装有导轨302内，安装架301与安装箱8滑动安装，显示屏14的底部铰接安装有支杆304，显示屏14抽拉翻转式的结构设计减小装置占地面积的同时能够对显示屏14自身起到良好地防护作用，延长装置的使用寿命，安装架301的顶部外表面开设有弧形开口，安装架301的内侧底部开设有收纳洞口和九组搭接洞口，搭接洞口位于收纳洞口的内部，支杆304的一端位于搭接洞口内部，便于使用者对本装置进行移动和搬抬，降低劳动强度，安装杆6的可伸缩式的结构设计减小了装置整体占地面积，相较于部分体积和质量较大的演示装置，本装置更加轻巧便捷，更适合在课堂教学中使用。

缓冲机构4包括挡板401、安装槽402、连接块403、缓冲弹簧404、收集筒405和连接杆406，底座5的顶部外表面焊接安装有挡板401和收集筒405，挡板401的一侧外壁上开设有安装槽402，安装槽402上滑动安装有连接块403，安装槽402的内侧底部焊接安装有两组缓冲弹簧404，缓冲弹簧404的一端与连接块403的底部外表面焊接安装，收集筒405的一侧外壁上铰接安装有两组连接杆406，连接杆406的一端与连接块403的一侧外壁相铰接，连接杆406位于第二光电门12的正下方，连接杆406的外壁上粘贴固定有橡胶垫，能够对演示过程中使用的实验铁球进行回收，防止铁球自由落体后对演示人员或学生造成伤害，保证了整个演示过程的安全和可靠，底座5的顶部镶嵌安装有激光测距仪15，激光测距仪15位于电磁铁9的正下方，第一光电门11和第二光电门12均与计时器13电连接，显示屏14的内部集成有单板机，单板机内编定有传输处理程序，计时器13、激光测距仪15和激光测速传感器16均与显示屏14上的单板机电连接，使得整个演示过程更加直观地展现在师生面前，实验过程中各种数据都能从显示屏14上读取，装置一体化程度较高，将实验用器具集成在一起，便于演示和观测，使得实验步骤更加简单便捷、安全可靠，可由学生独立上手完成，有助于学生更好地理解和掌握重力加速度的性质和意义。

工作原理：将装置移动至演示地点，观测水平尺上液泡，对装置进行垂直校准，将装置移动至合适位置，避免因地面不平造成装置倾斜而影响实验结果，控制电磁铁9通电，将实验用铁球放在电磁铁9下，实验铁球也可为锥形或水滴形铁制物体，进一步减小空气阻力，电磁铁9产生的磁力对实验铁球进行吸附，控制第一光电门11、第二光电门12和激光测距仪15开启，转动螺纹杆201上的旋钮，调节第一光电门11和第二光电门12之间的距离，根据刻度标签读出准确数值，控制电动推杆203伸缩，激光测距仪15检测实验铁球距离底座5之间的距离数值并传输至单板机上，单板机将数据转换后传输至显示屏14上进行显示，变量调节完成后控制电磁铁9断电，电磁铁9上磁力消失，实验铁球失去磁力吸附后在自身重力作用下做自由落体运动，依次经过第一光电门11和第二光电门12，经过第一光电门11和第二光电门12时所用的时间数值由计时器13分析得出并传输至单板机上，单板机将数据转换后传输至显示屏14上进行显示，学生可由上述数据了解并计算重力加速度，实验铁球最后落在两组连接杆406之间，缓冲弹簧404和连接杆406上的橡胶垫对实验铁球起到缓冲作用，削弱其上大部分重力势能，实验铁球随倾斜设置的连接杆406滚入收集筒405内，如需进行实验铁球的速度测量，可控制激光测速传感器16启动，并转动螺纹杆201上的旋钮将激光测速传感器16升降至相应检测高度，重复上述步骤控制实验铁球再次落下，激光测速传感器16的LED光发射口发射激光，在实验铁球经过时激光反射到摄像接收口，接收到信号后传给信号处理器，通过算法计算出速度并将数据传输至单板机，单板机将数据转换后传输至显示屏14上进行显示，演示完成后可将显示屏14背部的支杆304收起放回收纳洞口内，显示屏14随之收至安装架301内部，再通过安装架301上的抽拉把手将安装架301推送回安装箱8内，控制电动推杆203收缩，安装杆6随之收缩回方形支撑柱体1内，减小装置空间占用，便于移动和搬运。

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 (8)

1.一种重力加速度的物理教学用演示装置，包括方形支撑柱体(1)，其特征在于：所述方形支撑柱体(1)上设置有调节机构(2)、收纳机构(3)、缓冲机构(4)、安装杆(6)、第二光电门(12)和显示屏(14)，方形支撑柱体(1)的底部外表面焊接安装有底座(5)，方形支撑柱体(1)的顶部开设有洞口，安装杆(6)的一端穿过洞口延伸至方形支撑柱体(1)的内部，安装杆(6)的两端均焊接安装有限位块(7)，方形支撑柱体(1)的两侧内壁上均开设有滑槽，位于方形支撑柱体(1)内部的一组限位块(7)滑动安装于滑槽内，方形支撑柱体(1)与安装杆(6)滑动安装，安装杆(6)的外壁上焊接安装有安装箱(8)，安装箱(8)的底部外表面焊接安装有电磁铁(9)，方形支撑柱体(1)的外壁上焊接安装有第二安装板(10)，第二安装板(10)的一侧外壁上焊接安装有第一光电门(11)，第一光电门(11)分别位于电磁铁(9)和第二光电门(12)的正下方和正上方，第二安装板(10)的顶部外表面焊接安装有计时器(13)。

2.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学用演示装置，其特征在于：所述调节机构(2)包括螺纹杆(201)、第一安装板(202)、电动推杆(203)和安装台(204)，底座(5)的顶部外表面转动安装有螺纹杆(201)，方形支撑柱体(1)的外壁上套设安装有第一安装板(202)，螺纹杆(201)与第一安装板(202)螺纹安装，方形支撑柱体(1)上设置有电动推杆(203)，方形支撑柱体(1)的一侧外壁上焊接安装有安装台(204)，电动推杆(203)焊接安装于安装台(204)的顶部外表面，电动推杆(203)的自由端与安装箱(8)的底部外表面焊接安装。

3.根据权利要求2所述的一种重力加速度的物理教学用演示装置，其特征在于：所述螺纹杆(201)的一端焊接安装有旋钮，方形支撑柱体(1)的前侧外表面粘贴固定有刻度标签，第一安装板(202)的顶部外表面焊接安装有激光测速传感器(16)，安装台(204)的底部外表面焊接安装有水平尺。

4.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学用演示装置，其特征在于：所述收纳机构(3)包括安装架(301)、导轨(302)、滑条(303)和支杆(304)，安装箱(8)的内部设置有安装架(301)，安装架(301)的一侧外壁上焊接安装有抽拉把手，显示屏(14)铰接安装于安装架(301)的前后侧内壁上，安装箱(8)的内侧底部焊接安装有两组导轨(302)，安装架(301)的底部外表面焊接安装有滑条(303)，滑条(303)滑动安装有导轨(302)内，安装架(301)与安装箱(8)滑动安装，显示屏(14)的底部铰接安装有支杆(304)。

5.根据权利要求4所述的一种重力加速度的物理教学用演示装置，其特征在于：所述安装架(301)的顶部外表面开设有弧形开口，安装架(301)的内侧底部开设有收纳洞口和九组搭接洞口，搭接洞口位于收纳洞口的内部，支杆(304)的一端位于搭接洞口内部。

6.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学用演示装置，其特征在于：所述缓冲机构(4)包括挡板(401)、安装槽(402)、连接块(403)、缓冲弹簧(404)、收集筒(405)和连接杆(406)，底座(5)的顶部外表面焊接安装有挡板(401)和收集筒(405)，挡板(401)的一侧外壁上开设有安装槽(402)，安装槽(402)上滑动安装有连接块(403)，安装槽(402)的内侧底部焊接安装有两组缓冲弹簧(404)，缓冲弹簧(404)的一端与连接块(403)的底部外表面焊接安装，收集筒(405)的一侧外壁上铰接安装有两组连接杆(406)，连接杆(406)的一端与连接块(403)的一侧外壁相铰接。

7.根据权利要求6所述的一种重力加速度的物理教学用演示装置，其特征在于：所述连接杆(406)位于第二光电门(12)的正下方，连接杆(406)的外壁上粘贴固定有橡胶垫。

8.根据权利要求1所述的一种重力加速度的物理教学用演示装置，其特征在于：所述底座(5)的顶部镶嵌安装有激光测距仪(15)，激光测距仪(15)位于电磁铁(9)的正下方，第一光电门(11)和第二光电门(12)均与计时器(13)电连接，显示屏(14)的内部集成有单板机，计时器(13)、激光测距仪(15)和激光测速传感器(16)均与显示屏(14)上的单板机电连接。

Images