CN210955719U - 一种高中物理自由落体实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高中物理自由落体实验装置，包含支撑座、升降杆、实验舱、控制盒、红外光电门，所述支撑座设置在升降杆的底部；所述实验舱包含透明的管体、密封在管体顶端的电磁线圈、密封在管体底端的密封板、铁球、铝盖；所述铝盖的直径大于铁球，铁球可自由进出铝盖，铝盖重量轻于铁球，铝盖与铁球均放置在实验舱内，铝盖盖在铁球上方；所述实验舱固定在升降杆上；所述红外光电门固定在升降杆上；所述控制盒包含电源开关、计时器、主控制器，电源开关与主控制器电性连接，主控制器分别与计时器、外光电门、电磁线圈电性连接。本实用新型，结构简单，使用方便，检测精准度高。

Description

一种高中物理自由落体实验装置

技术领域

本实用新型涉及教学器材技术领域，尤其涉及一种高中物理自由落体实验装置。

背景技术

自由落体运动是一种理想状态下的物理模型。是任何物体在重力的作用下，至少在最初，只有重力为唯一力量条件下产生惯性轨迹， 是初速度为零的匀加速运动，由于自由下落的情况下大气层以外重力产生失重，有时任何失重的状态由于惯性运动称为自由落体。这可能也适用于失重产生是因为身体远离引力体。

探究“自由落体运动的性质”是高一物理第二章“自由落体运动”一节中的教学重点和难点，现在的自由落体在实验中，每次实验都需重新投放条形物体或小球，操作繁琐且落体演示过程不直观，计算精度不高，误差较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术的不足，提供了一种高中物理自由落体实验装置，实验舱顶部的电磁线圈通电产生磁场，铁球顶压铝盖一起吸在电磁线圈上，无需人工取放铁球与铝盖，实验方便快捷，实验更加直观。

本实用新型是通过以下技术方案实现：一种高中物理自由落体实验装置，包含支撑座、升降杆、实验舱、控制盒、红外光电门，所述支撑座设置在升降杆的底部；所述实验舱由透明的管体、密封在管体顶端的电磁线圈、密封在管体底端的密封板、抽真空接头、上固定片、下固定片、铁球、铝盖与调节锁紧件组成；所述密封板上设有抽真空用连接孔，抽真空接头的进气端通过连接孔与密封板密封连接；所述铝盖的直径大于铁球的直径，铁球可自由进出铝盖内，铝盖重量轻于铁球，铝盖与铁球均放置在实验舱内，铝盖盖在铁球上方；所述实验舱使用调节锁紧件通过上固定片与下固定片固定在升降杆上；所述红外光电门通过调节锁紧件固定在升降杆上；所述控制盒包含电源开关、计时器、主控制器，电源开关与主控制器电性连接，主控制器分别与计时器、外光电门、电磁线圈电性连接。

所述升降杆两侧设有配合调节锁紧件的固定滑槽，通过调节锁紧件可分别对红外光电门、实验舱的高度进行调节。

所述升降杆上设有尺寸标识，使得红外光电门、实验舱的高度位置调节更加准确。

所述红外光电门包含安装片、固定板、红外线发射器、红外线接收器，固定板呈U形结构，红外线发射器与红外线接收器相对固定在U形固定板的两个支脚上，固定板固定在安装片上，安装片的两侧设有两个对称的安装脚，安装脚上设有安装用的过孔，安装片通过调节锁紧件固定在升降杆上，使得红外线发射器与红外线接收器位于实验舱的管体两侧。

所述实验舱在密封板顶部还设置有一层海绵，通过海绵防止铁球、铝盖下坠时直接撞击密封板，对密封板造成伤害，进一步提高装置的使用寿命。

所述支撑座为三角支撑架，通过三角支撑架方便升降杆站立。

所述的三角支撑架由固定座、三个调节螺栓、三个支撑脚组成，所述固定座边缘均匀设置有三个外延的支杆，三个支撑脚依次铰接在三个支杆上；所述三个支杆在铰接点前方均设有一个螺纹孔，调节螺栓螺纹连接在螺纹孔中，使得其底部与该处的支撑脚相抵触，通过调节螺栓方便调节支撑脚的支撑角度，从而调节三角支撑架的支撑高度；另外在不平整的地面可以通过调节调节螺栓使得三角支撑架支撑角度微调，使得升降杆上的实验舱始终与地面垂直，进一步提高实验的精准度。

所述升降杆上还设置有一个凸柱，凸柱上缠绕有一根长线，长线的末端栓有一个铁栓，通过铁栓使得长线与地面垂直，从而检查实验舱安装是否偏斜，进一步提高实验精度。

所述抽真空接头上还设有手动控制阀门，通过旋转手动控制阀门打开或闭关抽真空接头内的气道。

所述管体为外径30mm，长度为1m的有机玻璃管，所述铝盖的直径为20mm，长度为18mm，所述铁球的直径为18mm。

本实用新型，结构简单，操作方便，实验舱通过设置的抽真空接头与真空泵连接进行抽真空，抽真空完成后通过手动控制阀门关闭；可以真实的向学生展示真空中的自由落体和非真空中自动落体之间的区别，教学效果更好；实验过程中通过电磁线圈通过电产生磁场，由铁球顶压铝盖一起吸在电磁线圈上，无需人工取放铁球与铝盖，实验方便快捷，实验更加直观；通过红外光电门接收自由落体的信号并反馈给主控制器，由主控制器停止计时器计时，反应更加敏捷，计时精度大大提高；另外通过使用一个铝盖和一个铁球，在进行非真空实验时，由于铝盖为盖状结构尤如一个降落伞一样所受阻力较大，可以较明显的让学生看到铝盖的下降速度。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的左视结构图。

图中：1、支撑座，2、升降杆，3、实验舱，4、控制盒，5、红外光电门，6、海绵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种高中物理自由落体实验装置，包含支撑座1、升降杆2、实验舱3、控制盒4、红外光电门5，所述支撑座1设置在升降杆2的底部；所述实验舱3由透明的管体31、密封在管体31顶端的电磁线圈32、密封在管体31底端的密封板33、抽真空接头34、上固定片35、下固定片36、铁球37、铝盖38与调节锁紧件39组成；所述密封板33上设有抽真空用连接孔，抽真空接头34的进气端通过连接孔与密封板33密封连接；所述铝盖38的直径大于铁球37，铁球37可自由进出铝盖38内，铝盖38重量轻于铁球37，铝盖38与铁球37均放置在实验舱3内，铝盖38盖在铁球37上方；所述实验舱3使用调节锁紧件39通过上固定片35与下固定片36固定在升降杆2上；所述红外光电门5通过调节锁紧件39固定在升降杆2上；所述控制盒4包含电源开关、计时器、主控制器，电源开关与主控制器电性连接，主控制器分别与计时器、外光电门5、电磁线圈32电性连接；控制盒4可拆卸的悬挂在升降杆2上，可以在升降杆2上设置一个挂钩，控制盒4上对应设置一个悬挂孔，从而节省摆放空间，为了方便控制盒4悬挂，升降杆2可以采用铝型材制成，制作方便，并且重量较轻方便学生取放。

所述升降杆2两侧设有配合调节锁紧件39的固定滑槽，通过调节锁紧件39可分别对红外光电门5、实验舱3的高度进行调节。所述升降杆2上设有尺寸标识，使得红外光电门5、实验舱3的高度位置调节更加准确。所述红外光电门5包含安装片51、固定板52、红外线发射器、红外线接收器，固定板52呈U形结构，红外线发射器与红外线接收器相对固定在U形固定板52的两个支脚上，固定板52固定在安装片51上，安装片51的两侧设有两个对称的安装脚，安装脚上设有安装用的过孔，安装片51通过调节锁紧件39固定在升降杆2上，使得红外线发射器与红外线接收器位于实验舱3的管体31两侧。所述实验舱3在密封板33顶部还设置有一层海绵6，通过海绵6防止铁球37、铝盖38下坠时直接撞击密封板33，对密封板33造成伤害，进一步提高装置的使用寿命。所述支撑座1为三角支撑架，通过三角支撑架方便升降杆2站立。所述的三角支撑架由固定座11、三个调节螺栓12、三个支撑脚13组成，所述固定座11边缘均匀设置有三个外延的支杆，三个支撑脚13依次铰接在三个支杆上；所述三个支杆在铰接点前方均设有一个螺纹孔，调节螺栓12螺纹连接在螺纹孔中，使得其底部与该处的支撑脚13相抵触，通过调节螺栓12方便调节支撑脚13的支撑角度，从而调节三角支撑架的支撑高度；另外在不平整的地面可以通过调节调节螺栓12使得三角支撑架支撑角度微调，使得升降杆2上的实验舱3始终与地面垂直，进一步提高实验的精准度。所述升降杆2上还设置有一个凸柱，凸柱上缠绕有一根长线，长线的末端栓有一个铁栓，通过铁栓使得长线与地面垂直，从而检查实验舱3安装是否偏斜，进一步提高实验精度。所述抽真空接头34上还设置有手动控制阀门，旋转手动控制阀门打开或闭关抽真空接头34内的通气道。

工作原理，本实用新型的工作电压为DC12V，电源开关为船型开关，所述管体31为外径30mm，长度为1m的有机玻璃管；所述铝盖38的直径为20mm，长度为18mm（也可选择电解电容的外壳制成，从而进一步节省制作成本）；所述铁球37的直径为18mm，铁球37可自由进出铝盖38内；使用时，将本装置外接电源，闭合电源开关，主控制器控制电磁线圈32通电产生磁场，铁球37进入铝盖38内，并且顶压铝盖38吸在电磁线圈32上，主控制器控制计时器复位；后断开电源开关，电磁线圈32失电，铁球37和铝盖38同时下落，在此同时主控制器控制计时器开始计时，可观察到铁球37先到底，由于铝盖38为盖状结构尤如一个降落伞一样所受阻力较大，铝盖38要慢很长时间才到底，可以较明显的让学生看到铁球37先着地，而铝盖38后着地。当铁球37经过红外光电门5时，红外光电门5接收信息并反馈给主控制器，主控制器停止计时器计时，即可获得铁球37下落的时间，如需重复演示，重复上述过程即可；另外可通过抽真空接头34连接真空泵，启动真空泵将实验舱3内部抽成真空环境，通过手动控制阀门关闭抽真空接头34内的通气道，重复上述过程进行实验可观察到在真空状态下，铁球37和铝盖38同时下落（可以较明显的让学生看到），铁球37与铝盖38同时经过红外光电门5时，计时结束。

通过调节锁紧件39将红外光电门5分别置于5cm、20cm和45cm高度处，重复上述实验获得非真空实验数据，并且可获知在不同高度的非真空状态下实验时，铁球37总是先于铝盖38通过红外光电门5，计的是铁球37下落的时间。后将实验舱3抽真空后再重复上述实验获得真空实验数据，在不同高度的真空状态下实验时，铁球37与铝盖38总是同时通过红外光电门5，计的下落的时间，将两个实验状态进行对比，可以更好、更方便老师向学生展示高中物理中自由落体的实验，便于学生更好的理解。

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 (10)

1.一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于:包含支撑座（1）、升降杆（2）、实验舱（3）、控制盒（4）、红外光电门（5），所述支撑座（1）设置在升降杆（2）的底部；所述实验舱（3）由透明的管体（31）、密封在管体（31）顶端的电磁线圈（32）、密封在管体（31）底端的密封板（33）、抽真空接头（34）、上固定片（35）、下固定片（36）、铁球（37）、铝盖（38）与调节锁紧件（39）组成；所述密封板（33）上设有抽真空用连接孔，抽真空接头（34）的进气端通过连接孔与密封板（33）密封连接；所述铝盖（38）的直径大于铁球（37）的直径，铁球（37）可自由进出铝盖（38）内，铝盖（38）重量轻于铁球（37），铝盖（38）与铁球（37）均放置在实验舱（3）内，铝盖（38）盖在铁球（37）上方；所述实验舱（3）使用调节锁紧件（39）通过上固定片（35）与下固定片（36）固定在升降杆（2）上；所述红外光电门（5）通过调节锁紧件（39）固定在升降杆（2）上；所述控制盒（4）包含电源开关、计时器、主控制器，电源开关与主控制器电性连接，主控制器分别与计时器、外光电门（5）、电磁线圈（32）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于：所述升降杆（2）两侧设有配合调节锁紧件（39）的固定滑槽，通过调节锁紧件（39）可分别对红外光电门（5）、实验舱（3）的高度位置进行调整。

3.根据权利要求1所述的一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于：所述升降杆（2）上设有尺寸标识。

4.根据权利要求1所述的一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于：所述红外光电门（5）包含安装片（51）、固定板（52）、红外线发射器、红外线接收器，固定板（52）呈U形结构，红外线发射器与红外线接收器相对固定在U形固定板（52）的两个支脚上，固定板（52）固定在安装片（51）上，安装片（51）的两侧设有两个对称的安装脚，安装脚上设有安装用的过孔，安装片（51）通过调节锁紧件（39）固定在升降杆（2）上，使得红外线发射器与红外线接收器位于实验舱（3）的管体（31）两侧。

5.根据权利要求1所述的一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于：所述实验舱（3）在密封板（33）顶部还设置有一层海绵（6）。

6.根据权利要求1所述的一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于：所述支撑座（1）为三角支撑架。

7.根据权利要求6所述的一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于：所述三角支撑架由固定座（11）、三个调节螺栓（12）、三个支撑脚（13）组成，所述固定座（11）边缘均匀设置有三个外延的支杆，三个支撑脚（13）依次铰接在三个支杆上；所述三个支杆在铰接点前方均设有一个螺纹孔，调节螺栓（12）螺纹连接在螺纹孔中，使得其底部与该处的支撑脚（13）相抵触。

8.根据权利要求1所述的一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于：所述升降杆（2）上还设置有一个凸柱，凸柱上缠绕有一根长线，长线的末端栓有一个铁栓，通过铁栓使得长线与地面垂直。

9.根据权利要求1所述的一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于：所述抽真空接头（34）上还设有手动控制阀门，旋转手动控制阀门打开或闭关抽真空接头（34）内的通气道。

10.根据权利要求1所述的一种高中物理自由落体实验装置，其特征在于：所述管体（31）为外径30mm，长度为1m的有机玻璃管；所述铝盖（38）的直径为20mm，长度为18mm；所述铁球（37）的直径为18mm。

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