CN206685014U - 一种自由落体实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自由落体实验仪，包括立杆、夹持装置、真空室和真空泵，所述真空室具有一密闭的腔体，所述立杆设置于真空室的内部，所述夹持装置设置于立杆的上端，所述夹持装置用于夹持用于实验的物体并且能定时释放，所述真空室为透明的可以从外部观察内部，所述真空泵通过管道与真空室连通。所述立杆上设置有若干个感应开关，所述立杆上设置有高度刻度值，计时器与时间继电器、感应开关电连接。本实用新型的有益效果：自由落体在真空环境下进行，完全符合自由落体的条件，有效验证自由落体的运动规律；感应开关计时误差小，精度高，对于自由落体运动规律的理论推导更准确、容易。

Description

一种自由落体实验仪

技术领域

本新型属于物理教学实验设备技术领域，具体涉及一种自由落体实验仪。

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。是初速为零的匀加速直线运动。即羽毛和铅球自由落体时下落的速度是相同，这与人们的直觉认识存在较大差异，原因是，现实生活中在空气的阻力作用下，质量较小的物体下落较慢。在普通的物理实验中，自由落体运动是重要的实验，试图通过实验来验证自由落体的物体的运动规律，改变直觉的认识错误。

然而，现有的自由落体实验仪往往需要配合打点计时器来使用，并且直接在大气压环境下进行，所以只能验证质量较重的物体的自由落体，在质量较重的情况下，空气的阻力和打点计时器的阻力即可以忽略不计。

通过上述的实验仪就会存在诸多问题，例如，打点计时器的计数精度不高，对于实验数据的记录和计算验证存在较大误差；只能通过两个质量不同但都比较大的物体来做对比，不能直观的显示羽毛和铅球自由落体，纠正学生的直觉认识错误，只能通过口述的方式解释生活中在空气环境下违反自由落体规律的原因，学生对于自由落体的认识不深刻。

实用新型内容

针对现有技术中必须采用较重的物体作为研究对象、打点计时器计时精度不高的问题，提供了自由落体实验仪。

一种自由落体实验仪，其特征在于，包括立杆、夹持装置、真空室和真空泵，所述真空室具有一密闭的腔体，所述立杆设置于真空室的内部，所述夹持装置设置于立杆的上端，所述夹持装置用于夹持用于实验的物体并且能定时释放，所述真空室为透明的可以从外部观察内部，所述真空室开设窗口，所述窗口处设置密封门，所述真空泵通过管道与真空室连通。

所述夹持装置包括依次电连接的电磁铁、电源和时间继电器，时间继电器来控制电路的通断。

所述立杆上设置有若干个感应开关，所述立杆上设置有高度刻度值，计时器与时间继电器、感应开关电连接。

本实用新型的有益效果：

1.自由落体在真空环境下进行，完全符合自由落体的条件，有效验证自由落体的运动规律。

2.感应开关计时误差小，精度高，对于自由落体运动规律的理论推导更准确、容易。

附图说明

图1本实用新型一实施例的结构示意图；

图2本实用新型一实施例的前视图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型的技术方案做进一步说明。

一种自由落体实验仪，包括立杆1、夹持装置2、真空室3和真空泵4，所述真空室3具有一密闭的腔体，所述立杆1设置于真空室3的内部，所述夹持装置2设置于立杆1的上端，所述夹持装置2用于夹持用于实验的物体并且能定时释放，所述真空室3为透明的可以从外部观察内部，所述真空室3开设窗口31，所述窗口31处设置密封门32，所述真空泵4通过管道41与真空室3连通。

通过本实用新型的实验仪来做自由落体实验时，如图2所示，优选的，本实施例中立杆1和夹持装置2共设置有三套，打开密封门32将要进行实验的物体(例如：羽毛、乒乓球、钢制球)夹持在夹持装置2上，将夹持装置2设置成定时释放，关上密封门32，首先在不启动真空泵4不吸真空的情况下观察三个不同质量的物体的下落速度。然后，作为对比实验，三个物体放在夹持装置2上后，关上密封门32，启动真空泵4将真空室3抽真空后，等待夹持装置2定时释放三个物体并观察其下落的速度。通过上述实验，将真空室3抽真空，使得符合自由落体的条件，学生可以直观的观察到不同质量的物体的下落速度相同，深刻认识自由落体运动规律。同时，通过不抽真空的对比实验理解在日常生活中由于空气阻力使得较轻物体下落较慢的现象的原因。其中，对于真空度的要求无需过高，达到0.01Mpa以下时即可，只要达到明显减少空气阻力的作用即可。

优选的，所述夹持装置2包括依次电连接的电磁铁、电源和时间继电器，时间继电器来控制电路的通断，在实验时，打开密封门32接通电源，电磁铁得电，要进行实验的物体需固定连接一小块金属，电磁铁将实验物体吸附住后，启动时间继电器，关上密封门32后，在时间继电器计时的时间内启动真空泵4对真空室3进行抽真空。

所述立杆1上设置有若干个感应开关11，实验物体经过感应开关11的位置时感应开关11得到信号，所述立杆1上设置有高度刻度值，计时器与时间继电器、感应开关11电连接，当时间继电器断开电磁铁的电路时，计时器开始计时，感应开关11得到信号时，计时器就储存一个当前的时间值，每根立杆1对应一个计时器。

采用感应开关11进行自由落体的物体的计时，精度比打点计时器要高的多，结合感应开关11在立杆1上的高度数值读数，对于理论推理计算的精度就高，能更好的计算验证自由落体的运动规律。

优选的，制作三个体积相同钢制球，分别为空心、半空心和实心，作为自由落体的物体，由于其体积相同，只有质量不同，通过比较计时器的时间数值，可以看出在自由落体的过程中下落的速度与物体的质量无关。通过固定其他变量，只有一个质量的变量，学生可以更好的理解自由落体物体运动的规律。

为了降低自由落体的物体下落到底部时的冲击力给设备造成的损伤，在真空室3底部设置有缓冲垫5，用于吸收物体下落的冲击力。

可理解的是，尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种自由落体实验仪，其特征在于，包括立杆(1)、夹持装置(2)、真空室(3)和真空泵(4)，所述真空室(3)具有一密闭的腔体，所述立杆(1)设置于真空室(3)的内部，所述夹持装置(2)设置于立杆(1)的上端，所述夹持装置(2)用于夹持用于实验的物体并且能定时释放，所述真空室(3)为透明的可以从外部观察内部，所述真空室(3)开设窗口(31)，所述窗口(31)处设置密封门(32)，所述真空泵(4)通过管道(41)与真空室(3)连通。

2.如权利要求1所述的自由落体实验仪，其特征在于，所述夹持装置(2)包括依次电连接的电磁铁、电源和时间继电器，时间继电器来控制电路的通断。

3.如权利要求2所述的自由落体实验仪，其特征在于，所述立杆(1)上设置有若干个感应开关(11)，所述立杆(1)上设置有高度刻度值，计时器与时间继电器、感应开关(11)电连接。