CN205645039U - 一种新型的自由落体演示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型的自由落体演示器，包括平行板电容器、落料、支架、标尺、充电电源、带计时功能的快拍相机和绝缘软垫，所述平行板电容器包括电容上板和电容下板，所述落料悬挂于支架上且落料位于平行板电容器内部，所述标尺竖直放置且位于平行板电容器一侧,所述带计时功能的快拍相机位于平行板电容器另一侧，所述落料、标尺、带计时功能的快拍相机共面，所述充电电源的正负极分别连接到电容上板和电容下板，所述落料为金属材质，通过调节充电电源电压和落料带电量，可调节落料下落加速度，进而得出不同加速度下落料自由落体的运动数据，因此可通过更加丰富的数据使学生更好的归纳总结自由落体的运动规律及掌握计算重力加速度的方法。

Description

一种新型的自由落体演示器

技术领域

本实用新型涉及教学教具领域，尤其涉及一种新型的自由落体演示器。

背景技术

自由落体是物理课必学知识，为了让学生更直观的理解自由落体的运动规律和计算重力加速度，就会通过一系列的自由落体实验进行演示，但是现有技术的自由落体演示器在实验时，由于地域限制原因，重力加速度值是唯一不变的，通过实验得出的实验数据也会相应的比较单一，不利于学生更好的理解自由落体的运动规律和掌握计算重力加速度的方法。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型的自由落体演示器，能够改变物体自由落体时的加速度，使实验得出的实验数据更加多元化，通过统计分析这些多元化的数据使学生更能理解自由落体的运动规律，也能够使学生更好的掌握计算重力加速度的方法。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种新型的自由落体演示器，包括平行板电容器、落料、支架、标尺、充电电源和带计时功能的快拍相机，所述平行板电容器包括电容上板和电容下板，所述平行板电容器水平放置，所述落料悬挂于支架上且落料位于平行板电容器内部，所述标尺竖直放置且位于平行板电容器一侧,所述带计时功能的快拍相机位于平行板电容器另一侧，所述落料、标尺、带计时功能的快拍相机共面，所述充电电源的正负极分别连接到电容上板和电容下板，所述落料为金属材质，实验时，落料需要先充一定量电荷，平行性电容需要连通充电电源，然后释放落料， 带计时功能的快拍相机记录落料下落过程，计算重力加速度时，选取部分照片，读取照片上面显示的时间和落料对应的标尺刻度，然后统计分析这些数据，总结归纳自由落体规律和计算加速度。

本实用新型的有益效果是：通过调节充电电源电压和落料带电量，可调节落料下落加速度，进而得出不同加速度下落料自由落体的运动数据，因此可通过更加丰富的数据使学生更好的归纳总结自由落体的运动规律及掌握计算重力加速度的方法。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述落料形状为球体，球体下落过程中受到的空气阻力能更小，而且受力更均衡，可有效防止落料下落过程中受力不均导致的落料翻转现象，同时球形上、下端均可做为读取标尺刻度的参考点，使读取刻度值更方便。

进一步，所述落料为空心壳体，落料带电量一定时，平行板电容内电场对落料产生的作用力是一定的，此时落体重量越小，电场对落料下落时加速度的影响也越明显，落料空心可以大幅降低落料重量，但不会影响落料带电量，较小的电容电场就能明显改变落料下落加速度，因此平行板电容所需要的充电电压也会降低，会大幅度提高设备安全系数。

进一步，所述平行板电容的电容下板顶面上设置有绝缘软垫，即能防止落料磕碰电容下板，也能防止落料与电容下板接触时产生的瞬时放电现象，提高安全系数。

附图说明

图1为本实用新型主视图；

图2为本实用新型右视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、电容上板，2、电容下板，3、支架，4、标尺，5、落料，6、带计时功能的快拍相机，7、充电电源，8、绝缘软垫。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图所示，本实用新型所述的自由落体演示器包括平行板电容器、落料5、支架3、标尺4、充电电源7、带计时功能的快拍相机6和绝缘软垫8，所述平行板电容器包括电容上板1和电容下板2，所述平行板电容器水平放置，所述落料5悬挂于支架3上且落料5位于平行板电容器内部，所述标尺4竖直放置且位于平行板电容器一侧,所述带计时功能的快拍相机6位于平行板电容器另一侧，所述落料5、标尺4、带计时功能的快拍相机6共面，所述充电电源7的正负极分别连接到电容上板1和电容下板2，所述落料5为金属球体，所述绝缘软垫8固定连接到电容下板2顶面上。

实验时，先给落料5充电，假设落料电容为C₁，充电电压为U₁，则落料带电量Q₁＝U₁*C₁，然后充电电源7给平行板电容上板1、电容下板2充电，假设平行板电容器电容为C₂，充电电源7充电电压为U₂，则平行板电容带电量Q₂＝U₂*C₂，平行板电容上板1、电容下板2之间的电场强度其中d为电容上板1、电容下板2之间的距离，落料5受到的电场力F₁＝E*Q₁,落料5重力G,落料受到的合力为F＝G+F₁,根据实验数据得出的加速度应该为其中m为落料5重量，如果落料5所带电荷与平行板电容的电容上板1所带电荷正负相同，则F₁为正值，如果落料5所带电荷与平行板电容的电容上板1所带电荷正负相反，则F₁为负值。

充电完成后，剪断落料5与支架3之间的连线，带计时功能的快拍相机6记录下落料5下落过程，实验完成后，选取带计时功能的快拍相机6中的 照片，记录照片上面显示的时间和落料5对应的标尺刻度，然后统计分析这些数据，总结归纳自由落体运动规律和计算加速度，改变充电电压，可得出多组不同的数据。

因为落料5下落初始时间与带计时功能的快拍相机6开始拍照时间很难做到一致，所以需要带计时功能的快拍相机6在落料5下落之前启动，这样计算数据时，选取的照片上落料5自由落体的准确时间t取值应为该照片显示的时间减去拍摄到落料5刚开始下落时的照片对应的时间，归纳总结实验数据后应该得出的规律，h为落料5下落高度，平行板电容充电量为0时，公式中的a应该等于实验地区的重力加速度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型的自由落体演示器，其特征在于，包括平行板电容器、落料(5)、支架(3)、标尺(4)、充电电源(7)和带计时功能的快拍相机(6)，所述平行板电容器包括电容上板(1)和电容下板(2)，所述平行板电容器水平放置，所述落料(5)悬挂于支架(3)上且落料(5)位于平行板电容器内部，所述标尺(4)竖直放置且位于平行板电容器一侧,所述带计时功能的快拍相机(6)位于平行板电容器另一侧，所述落料(5)、标尺(4)、带计时功能的快拍相机(6)共面，所述充电电源(7)的正负极分别连接到电容上板(1)和电容下板(2)，所述落料(5)为金属材质。

2.如权利要求1所述的新型的自由落体演示器，其特征在于，所述落料(5)形状为球体。

3.如权利要求2所述的新型的自由落体演示器，其特征在于，所述落料(5)为空心壳体。

4.如权利要求1或2或3所述的新型的自由落体演示器，其特征在于，所述电容下板(2)顶面上设置有绝缘软垫(8)。