CN208819469U - 一种用于自由落体实验的演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于自由落体实验的演示装置，包括柜体，在支撑板的下端面设有多个导向管，在柜体的内侧壁上设有导轨，导轨上开有凹槽，丝杆活动贯穿柜体顶部后向凹槽内延伸，在柜体内设有升降台，在柜体底部内壁上设有盒体，在盒体的底部设有缓冲板，缓冲板上开有多个通道，在升降台上安装有气缸，在活动块正对盒体的一侧壁设有斜面，在斜面上设有多个卡槽，在每一个卡槽内均安装有电磁铁，在连接板正对导向管的一侧壁上设有多个第二红外传感器，在盒体的内壁上设有多个第一红外传感器。通过升降台、活动块以及盒体的相互配合，保证在重复演示教学时球体回复至初始位置后能够保持静止，以方便教师的反复示范。

Description

一种用于自由落体实验的演示装置

技术领域

本实用新型涉及实验教学器材领域，具体涉及一种用于自由落体实验的演示装置。

背景技术

现有的物理教学领域中，为了使学生能够更好地配合上课，需要给学生提供不同的试验数据来做对比。为了保证检测的数据更加真实，同时便于学生对检测数据得到更为直观的观察，在物体自由落体运动试验测试，需要用到相关的试验器材来真实反映两个或是多个不同铁球下落的结果。而现有的教学仪器无法试验球体的循环使用，在多次重复实验过程中，教师反复示范时操作极为不便。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于自由落体实验的演示装置，以实现在自由落体运动实验中球体的自动复位，以方便教师的反复示范。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种用于自由落体实验的演示装置，包括一端侧壁开放的柜体，在所述柜体的顶部内壁上设置有支撑板，且在支撑板的下端面并排设置有多个导向管，在所述柜体的内侧壁上设有导轨，导轨上开有凹槽，丝杆活动贯穿柜体顶部后向凹槽内延伸，在柜体内设有升降台，在升降台的侧壁设有突起，突起置于凹槽内且与丝杆螺纹配合，在柜体底部内壁上设有上端开放的盒体，且盒体的开放端正对多个导向的端部，在盒体的底部设有缓冲板，缓冲板上开有多个与所述导向管相对应的通道，通道贯穿盒体侧壁后与柜体内部连通，在升降台上安装有气缸，且在气缸的输出端上设有活动块，在活动块正对盒体的一侧壁设有斜面，且在所述斜面上设有多个与通道对应的卡槽，在每一个卡槽内均安装有电磁铁，还包括设置在柜体顶部内壁上的连接板，且在连接板正对导向管的一侧壁上设有多个与导向管对应的第二红外传感器，在所述盒体的内壁上设有多个与缓冲板上球体的落地点对应的第一红外传感器。

针对现有的自由落体运动试验时，球体无法循环复位，导致教师无法有效进行反复示范教学，申请人对现有的实验仪器进行了改进，即利用多个导向管与盒体的对中，以及升降台、活动块、导轨的相互配合，使得不同质量的球体在进行实验后，能够快速实现球体的复位，教师只需控制球体下落，便可在盒体内真实反映出两个或是多个球体同时落地的结果，符合现场实验人员对试验的需要，方便教师的反复示范教学；具体使用时，确保进行实验的多个球体处于同样的水平高度，使得多个球体同时开始做自由落体运动，而盒体采用透明塑料制成，而盒体底部填充的橡胶材质的缓冲板能够对下落的球体进行一定缓冲，以免球体反弹过度，而初始状态下的升降台处于柜体的底部且正对盒体的侧壁，而气缸的输出端向盒体靠近以保证活动块上的多个卡槽与多个通道一一对接连通，球体在缓冲板上静止后，由操作者将多个球体分别推入各自的通道内，而通道倾斜设置使得球体能够沿通道进入至卡槽内，此时电磁铁通电且对铁质的球体产生吸引力，以保证球体被紧固在卡槽内，然后通过转动丝杆，使得升降台、活动块上移至导向管所处的水平位置，此时卡槽与导向管的端部对应接触，切断电磁铁的电源，使得球体能够从卡槽内移动至导向管中，其中卡槽的底面与所述斜面平行，进而保证球体在失去电磁铁的吸引力后在其重力作用下开始下滑，直至进入到导向管内，且在球体下落至盒体内时，导向管允许球体下落的一端封闭，因此，在重复演示教学时球体回复至初始位置后能够保持静止，即完成球体的自动复位，以方便教师的反复示范。

进一步地，设置的第一红外传感器与第二红外传感器分别能够对球体的落点与起点进行检测，进而通过两个检测数据的差值来计算出不同球体在同一高度做自由落体运动所消耗的时间，以供教师教学或是学生进行实验结果的计算。

在每一个所述导向管端部均套设有端盖，且多个端盖通过连杆连接成一个整体。进一步地，导向管包括端部相互连接的竖直段与倾斜段，竖直段的轴线垂直于水平方向，倾斜段的轴线与水平方向之间形成一定夹角，在导向管的端部即球体的下落初始点位处，当端盖解除对球体的限制时，球体在其重力作用下能够自由下落，且多个端盖通过连杆形成一个整体，即操作者只需对其中一个端盖进行施力，则能够保证多个不同球体在进行同步实验时处于相同的初始点位，以满足实验需求。

还包括数码显示器，且第一红外传感器与第二红外传感器通过控制器与数码显示器连接。进一步地，在柜体内壁上设有数码显示器，且数码显示器正对柜体的开放端以供学生直接观察，球体下落后，第一红外传感器触发控制器开始计时，而当球体下落至与缓冲板接触时，第二红外传感器触发控制器停止计时，最后，球体的下落时间在通过控制器处理后，直接显示在数码显示器上，以供教师讲解或是学生观察计算；通过设置两个红外传感器来替代现有的人工计时，得出的检测数据更加真实准确，能够有效提高教学效果。

在所述缓冲板上设有防跳板，且所述防跳板的厚度由缓冲板中部朝远离所述通道的方向递增。进一步地，球体在下落后缓冲板能够缓冲球体大部分的动能以及重力势能，但是球体仍旧会发生定向的反弹，由于球体的落点点位集中的缓冲板的中部，申请人在缓冲板的两端分别开设通道与防跳板，且防跳板的厚度由缓冲板中部朝远离所述通道的方向递增，使得反弹至通道处的球体直接通道进入到卡槽内，而反弹至防跳板上的球体则重新具备一定的重力势能，在沿防跳板表面移动时能够重力势能转化为动能，即保证球体具备一定的初始速度开始移动，进而球体顺利滑动至通道内，以减少操作者手动推动球体进入卡槽的频率。

还包括机壳，在机壳内设置有电机，电机的输出端上设有锥形齿轮，在所述丝杆突出于柜体的一端端部上设有与锥形齿轮配合的伞齿轮。进一步地，在驱动支撑板以及活动块沿导轨移动时，通过电机输出端上的锥形齿轮与丝杆上端的伞齿轮的相互配合，即电机正反转动便可实现支撑板以及活动块的上升下移，以确保球体在反复演示过程中的准确复位。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种用于自由落体实验的演示装置，初始状态下的升降台处于柜体的底部且正对盒体的侧壁，而气缸的输出端向盒体靠近以保证活动块上的多个卡槽与多个通道一一对接连通，球体在缓冲板上静止后，由操作者将多个球体分别推入各自的通道内，而通道倾斜设置使得球体能够沿通道进入至卡槽内，此时电磁铁通电且对铁质的球体产生吸引力，以保证球体被紧固在卡槽内，然后通过转动丝杆，使得升降台、活动块上移至导向管所处的水平位置，此时卡槽与导向管的端部对应接触，切断电磁铁的电源，使得球体能够从卡槽内移动至导向管中，其中卡槽的底面与所述斜面平行，进而保证球体在失去电磁铁的吸引力后在其重力作用下开始下滑，直至进入到导向管内，且在球体下落至盒体内时，导向管允许球体下落的一端封闭，因此，在重复演示教学时球体回复至初始位置后能够保持静止，即完成球体的自动复位，以方便教师的反复示范；

2、本实用新型一种用于自由落体实验的演示装置，当端盖解除对球体的限制时，球体在其重力作用下能够自由下落，且多个端盖通过连杆形成一个整体，即操作者只需对其中一个端盖进行施力，则能够保证多个不同球体在进行同步实验时处于相同的初始点位，以满足实验需求；

3、本实用新型一种用于自由落体实验的演示装置，在缓冲板的两端分别开设通道与防跳板，且防跳板的厚度由缓冲板中部朝远离所述通道的方向递增，使得反弹至通道处的球体直接通道进入到卡槽内，而反弹至防跳板上的球体则重新具备一定的重力势能，在沿防跳板表面移动时能够重力势能转化为动能，即保证球体具备一定的初始速度开始移动，进而球体顺利滑动至通道内，以减少操作者手动推动球体进入卡槽的频率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为活动块的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-柜体，2-导向管，3-连接板，4-端盖，5-支撑板，6-电机，7-机壳，8-导轨，9-丝杆，10-活动块，11-气缸，12-升降台，13-防跳板，14-盒体，15-第一红外传感器，16-数码显示器，17-缓冲板，18-斜面，19-第二红外传感器，20-电磁铁，21-卡槽，22-通道。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例包括一端侧壁开放的柜体1，在所述柜体1的顶部内壁上设置有支撑板5，且在支撑板5的下端面并排设置有多个导向管2，在所述柜体1的内侧壁上设有导轨8，导轨8上开有凹槽，丝杆9活动贯穿柜体1顶部后向凹槽内延伸，在柜体1内设有升降台12，在升降台12的侧壁设有突起，突起置于凹槽内且与丝杆9螺纹配合，在柜体1底部内壁上设有上端开放的盒体14，且盒体14的开放端正对多个导向的端部，在盒体14的底部设有缓冲板17，缓冲板上开有多个与所述导向管2相对应的通道22，通道22贯穿盒体14侧壁后与柜体1内部连通，在升降台12上安装有气缸11，且在气缸11的输出端上设有活动块10，在活动块10正对盒体14的一侧壁设有斜面18，且在所述斜面18上设有多个与通道22对应的卡槽21，在每一个卡槽21内均安装有电磁铁20，还包括设置在柜体1顶部内壁上的连接板3，且在连接板3正对导向管2的一侧壁上设有多个与导向管2对应的第二红外传感器19，在所述盒体14的内壁上设有多个与缓冲板17上球体的落地点对应的第一红外传感器15。

具体使用时，确保进行实验的多个球体处于同样的水平高度，使得多个球体同时开始做自由落体运动，而盒体14采用透明塑料制成，而盒体14底部填充的橡胶材质的缓冲板17能够对下落的球体进行一定缓冲，以免球体反弹过度，而初始状态下的升降台12处于柜体1的底部且正对盒体14的侧壁，而气缸11的输出端向盒体14靠近以保证活动块10上的多个卡槽21与多个通道22一一对接连通，球体在缓冲板17上静止后，由操作者将多个球体分别推入各自的通道22内，而通道22倾斜设置使得球体能够沿通道22进入至卡槽21内，此时电磁铁20通电且对铁质的球体产生吸引力，以保证球体被紧固在卡槽21内，然后通过转动丝杆9，使得升降台12、活动块10上移至导向管2所处的水平位置，此时卡槽21与导向管2的端部对应接触，切断电磁铁20的电源，使得球体能够从卡槽21内移动至导向管2中，其中卡槽21的底面与所述斜面18平行，进而保证球体在失去电磁铁20的吸引力后在其重力作用下开始下滑，直至进入到导向管2内，且在球体下落至盒体14内时，导向管2允许球体下落的一端封闭，因此，在重复演示教学时球体回复至初始位置后能够保持静止，即完成球体的自动复位，以方便教师的反复示范。

进一步地，设置的第一红外传感器15与第二红外传感器19分别能够对球体的落点与起点进行检测，进而通过两个检测数据的差值来计算出不同球体在同一高度做自由落体运动所消耗的时间，以供教师教学或是学生进行实验结果的计算。

实施例2

如图1和图2所示，本实施例在每一个所述导向管2端部均套设有端盖4，且多个端盖4通过连杆连接成一个整体。进一步地，导向管2包括端部相互连接的竖直段与倾斜段，竖直段的轴线垂直于水平方向，倾斜段的轴线与水平方向之间形成一定夹角，在导向管2的端部即球体的下落初始点位处，当端盖4解除对球体的限制时，球体在其重力作用下能够自由下落，且多个端盖4通过连杆形成一个整体，即操作者只需对其中一个端盖4进行施力，则能够保证多个不同球体在进行同步实验时处于相同的初始点位，以满足实验需求。

其中，本实施例还包括数码显示器16，且第一红外传感器15与第二红外传感器19通过控制器与数码显示器16连接。进一步地，在柜体1内壁上设有数码显示器16，且数码显示器16正对柜体1的开放端以供学生直接观察，球体下落后，第一红外传感器15触发控制器开始计时，而当球体下落至与缓冲板17接触时，第二红外传感器19触发控制器停止计时，最后，球体的下落时间在通过控制器处理后，直接显示在数码显示器16上，以供教师讲解或是学生观察计算；通过设置两个红外传感器来替代现有的人工计时，得出的检测数据更加真实准确，能够有效提高教学效果。

实施例3

如图1和图2所示，本实施例在所述缓冲板17上设有防跳板13，且所述防跳板13的厚度由缓冲板17中部朝远离所述通道22的方向递增。进一步地，球体在下落后缓冲板17能够缓冲球体大部分的动能以及重力势能，但是球体仍旧会发生定向的反弹，由于球体的落点点位集中的缓冲板17的中部，申请人在缓冲板17的两端分别开设通道22与防跳板13，且防跳板13的厚度由缓冲板17中部朝远离所述通道22的方向递增，使得反弹至通道22处的球体直接通道22进入到卡槽21内，而反弹至防跳板13上的球体则重新具备一定的重力势能，在沿防跳板13表面移动时能够重力势能转化为动能，即保证球体具备一定的初始速度开始移动，进而球体顺利滑动至通道22内，以减少操作者手动推动球体进入卡槽21的频率。

本实施例还包括机壳7，在机壳7内设置有电机6，电机6的输出端上设有锥形齿轮，在所述丝杆9突出于柜体1的一端端部上设有与锥形齿轮配合的伞齿轮。进一步地，在驱动支撑板5以及活动块10沿导轨8移动时，通过电机6输出端上的锥形齿轮与丝杆9上端的伞齿轮的相互配合，即电机6正反转动便可实现支撑板5以及活动块10的上升下移，以确保球体在反复演示过程中的准确复位。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、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 (5)

1.一种用于自由落体实验的演示装置，包括一端侧壁开放的柜体(1)，在所述柜体(1)的顶部内壁上设置有支撑板(5)，且在支撑板(5)的下端面并排设置有多个导向管(2)，其特征在于：在所述柜体(1)的内侧壁上设有导轨(8)，导轨(8)上开有凹槽，丝杆(9)活动贯穿柜体(1)顶部后向凹槽内延伸，在柜体(1)内设有升降台(12)，在升降台(12)的侧壁设有突起，突起置于凹槽内且与丝杆(9)螺纹配合，在柜体(1)底部内壁上设有上端开放的盒体(14)，且盒体(14)的开放端正对多个导向管(2)的端部，在盒体(14)的底部设有缓冲板(17)，缓冲板上开有多个与所述导向管(2)相对应的通道(22)，通道(22)贯穿盒体(14)侧壁后与柜体(1)内部连通，在升降台(12)上安装有气缸(11)，且在气缸(11)的输出端上设有活动块(10)，在活动块(10)正对盒体(14)的一侧壁设有斜面(18)，且在所述斜面(18)上设有多个与通道(22)对应的卡槽(21)，在每一个卡槽(21)内均安装有电磁铁(20)，还包括设置在柜体(1)顶部内壁上的连接板(3)，且在连接板(3)正对导向管(2)的一侧壁上设有多个与导向管(2)对应的第二红外传感器(19)，在所述盒体(14)的内壁上设有多个与缓冲板(17)上球体的落地点对应的第一红外传感器(15)。

2.根据权利要求1所述的一种用于自由落体实验的演示装置，其特征在于：在每一个所述导向管(2)端部均套设有端盖(4)，且多个端盖(4)通过连杆连接成一个整体。

3.根据权利要求2所述的一种用于自由落体实验的演示装置，其特征在于：还包括数码显示器(16)，且第一红外传感器(15)与第二红外传感器(19)通过控制器与数码显示器(16)连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于自由落体实验的演示装置，其特征在于：在所述缓冲板(17)上设有防跳板(13)，且所述防跳板(13)的厚度由缓冲板(17)中部朝远离所述通道(22)的方向递增。

5.根据权利要求1所述的一种用于自由落体实验的演示装置，其特征在于：还包括机壳(7)，在机壳(7)内设置有电机(6)，电机(6)的输出端上设有锥形齿轮，在所述丝杆(9)突出于柜体(1)的一端端部上设有与锥形齿轮配合的伞齿轮。