CN211956874U - 一种具有气密结构的自由落体实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种具有气密结构的自由落体实验装置，包括基板，所述基板上安装有自由落体实验装置，所述自由落体实验装置包括底座，所述底座上通过顶杆安装有帘板，在所述帘板上由内侧向外侧依次设置有电子记录载板、物理记录器和落体实验装置，所述落体实验装置包括环形卡箍，每个所述环形卡箍上均通过密封环片活动安装有真空管，在每个所述真空管内均设置有与纸带滑道连通的悬挂勾，且所述真空管和所述纸带滑道的连接处设置有气压密闭器；本实用新型通过多种方式记录自由落体运动的过程，而且在这个过程中，物理记录方式保留了传统的计算方式，而电子记录方式可以通过对数据的处理实现慢镜头的再现，以更高的理解该实验的原理。

Description

一种具有气密结构的自由落体实验装置

技术领域

本实用新型实施例涉及物理实验装置技术领域，具体涉及一种具有气密结构的自由落体实验装置。

背景技术

物理实验是最能直观体现物理原理和物理规律的教学方法，通过对某些经典的物理实验进行演示或者展示其中的细节有利于学生更好的掌握基本物理原理，从而为以后更进一步的学习打下更加坚实的基础。

自由落体实验是物理教学中非常经典的实验，是物理力学中最为核心的一组概念和基本原理。因此在一般物理力学教学中将其作为入门的实验进行演示和教学。在常规的物理实验教学中，一般是教师或者助教、学生代表进行实验，其他学生在旁边进行观察或者集体进行实验，但是由于物理实验的规范性要求，一般学生无法按照标准完成相应的实验，因此并不能够直观的认识到相关的物理规律。由于物理实验过程是过程性的，无法进行再现，因此只能不断的重复实验过程以满足学生的观察需求，但是由于实验过程的随机性，每次观察的实验数据却是不一样的，而且自由落体实验是在重力作用下实现的，因此其速度较快，难以直观的观察到物体自由下落的过程。

为了克服上述问题，在现有技术中往往借助多媒体手段进行摄录，再重新播放以实现实验过程的再现，从而帮助学生进一步观察和理解该实验原理。但是由于实验过程中干扰较大，传统的摄录无法进行噪音过滤，因此，难以突出实验的核心，并不便于实验的观察。

随着物联网技术的发展，借助物联网技术实现实验过程的再现和分析以帮助学生理解经典物理实验的原理将成为主流的方向。

发明内容

为此，本实用新型实施例提供一种具有气密结构的自由落体实验装置，以解决现有技术中无法凸显物理实验核心的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的实施方式提供如下技术方案：

一种具有气密结构的自由落体实验装置，包括基板，所述基板上安装有自由落体实验装置，所述自由落体实验装置包括固定安装在所述基板上的底座，所述底座上通过螺旋套筒活动安装有顶杆，所述顶杆的外侧面通过夹板卡箍活动安装有帘板，在所述帘板上由内侧向外侧依次设置有电子记录载板、物理记录器和落体实验装置，在所述电子记录载板、物理记录器和落体实验装置外围空间上均设置有不同视角的摄影相机，所述物理记录器上设置有频闪相机，在所述落体实验装置上设置有运动传感器；

所述落体实验装置包括若干个分别对应每组所述道集的环形卡箍，每个所述环形卡箍上均通过密封环片活动安装有真空管，在每个所述真空管内均设置有与纸带滑道连通的悬挂勾，且所述真空管和所述纸带滑道的连接处设置有气压密闭器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述气压密闭器包括固定安装在所述真空管内壁上的密闭环，在所述密闭环内侧固定安装有呈椭圆环状的密闭膜片，所述密闭膜片上等间距均匀设置有若干个支撑轴，所述支撑轴均以密闭环的中心为射线的共同端点向外发散，在所述密闭膜片的长轴方向的两个端点上均固定安装有铰接点，以两个铰接点为端点均设置有固定安装在所述密闭膜片上的气压膜，所述气压膜内表面与纸带贴合的一面设置有油膜层，所述纸带的外表面均包裹有镜面涂层。

作为本实用新型的一种优选方案，所述气压膜的上表面固定安装有若干个均以分布的静触点，在每个所述静触点上均通过铰接安装有微勾，所述纸带滑道端部安装有若干个复位弹簧，所述复位弹簧的另一端与所述微勾连接。

本实用新型的实施方式具有如下优点：

本实用新型通过多种方式记录自由落体运动的过程，而且在这个过程中，物理记录方式保留了传统的计算方式，而电子记录方式可以通过对数据的处理实现慢镜头的再现，以更高的理解该实验的原理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施方式中整体结构示意图；

图2为本实用新型实施方式中物理记录器的结构示意图；

图3为本实用新型实施方式中气压膜的连接关系结构示意图；

图4为本实用新型实施方式中落体实验装置的结构示意图；

图中：1-基板；3-自由落体实验装置；5-电子记录载板；6-物理记录器；7-落体实验装置；8-摄影相机；9-频闪相机；10-运动传感器；11-接收器；

301-底座；302-顶杆；303-夹板卡箍；304-帘板；

601-内沉槽；602-记录台；603-道集；604-打点器；605-纸带滑道；

701-环形卡箍；702-密封环片；703-真空管；704-悬挂勾；705-气压密闭器；706-密闭环；707-密闭膜片；708-支撑轴；709-气压膜；710-静触点；711-微勾；712-复位弹簧；713-电子触发器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

如图1至图4所示，本实用新型提供了一种具有气密结构的自由落体实验装置，包括基板1，在所述基板1的底部通过套管活动安装有螺旋升降柱，所述基板1上安装有自由落体实验装置3。基于上述，本实用新型中的自由落体实验装置3则是再现真实的自由落体过程。

以下就本实用新型的自由落体实验装置3作为具体的实施例进行具体的说明：

所述自由落体实验装置3包括固定安装在所述基板1上的底座301，所述底座301上通过螺旋套筒活动安装有顶杆302，通过活动安装的方式以根据实际需求来选择不同规格的顶杆302，所述顶杆302的外侧面通过夹板卡箍303活动安装有帘板304，在所述帘板304上由内侧向外侧依次设置有电子记录载板5、物理记录器6和落体实验装置7，在所述电子记录载板 5、物理记录器6和落体实验装置7外围空间上均设置有不同视角的摄影相机8，所述物理记录器6上设置有频闪相机9，在所述落体实验装置7上设置有运动传感器10。

在本实施方式中，自由落体实验中不仅保留了传统的物理记录方式，还进一步使用了电子记录的方式，传统的物理记录方式便于学生根据物理记录对自由落体运动进行物理分析和计算，体会该实验的原理，而电子记录的方式通过后续的建模和数据分析，将其转换成动画的形式，将核心原理直接的展示出来，便于学生观察和体会该实验原理。

基于上述，本实施方式中，物理记录方式采用常规的打点器方式，而电子记录的方式则采用多种方式，如上所述包括摄影相机、频闪相机好各类传感器以达到监测自由落体全过程的目的，并且将检测到的结果转换为数字以进行直观的观察。

所述物理记录器6包括设置在所述帘板304上的内沉槽601，且在所述内沉槽601上安装有凸出所述帘板304的记录台602，所述记录台602上垂直于其轴线顺次设置有若干组道集603，每组所述道集603上均设置有打点器604，在每组所述道集603内垂直于所述打点器604的打点方向设置有纸带滑道605，所述频闪相机9设置在所述打点器604的侧面。

在上述中，每个道集均可以作为一组实验，在多个道集中同时进行实验从而可以直观的对不同对象的实验过程进行观察，可以实现直观的对比。

在上述对比的过程中，依据不同的需求可以选择不同类型的打点器，在本实施方式中包含两种方式，具体为：所述打点器604包括每组所述道集603之间均相互独立的单体打点器604和所有所述道集603均联控的联体打点器604。

在自由落体实验中，空气阻力和外界的直接阻力是影响实验的主要因素，因此在本实用新型中的实验过程中，着重考虑如何降低空气阻力和外界的直接阻力。

所述落体实验装置7包括若干个分别对应每组所述道集603的环形卡箍701，每个所述环形卡箍701上均通过密封环片702活动安装有真空管 703，在每个所述真空管703内均设置有与纸带滑道605连通的悬挂勾704，且所述真空管703和所述纸带滑道605的连接处设置有气压密闭器705。

在上述中通过设置真空管和气压密闭器，其作用均是在于提供自由落体的无阻力环境，但是两者存在区别，真空管的作用在于基于真空泵的持续抽真空维持真空管内的低气压甚至近似于真空的环境，而气压密闭器的作用在于连通真空管和道集，同时在连通的过程中减少气体进入真空管，维持真空管内的真空环境。

因此，所述气压密闭器705包括固定安装在所述真空管703内壁上的密闭环706，在所述密闭环706内侧固定安装有呈椭圆环状的密闭膜片707，所述密闭膜片707上等间距均匀设置有若干个支撑轴708。通过设置密闭环和密闭膜片，实现对整个通道的基本遮挡，并且在该过程中还具备有刚性结构，可以提供可靠的支撑结构。

为了进一步提高其支撑效果，所述支撑轴708均以密闭环706的中心为射线的共同端点向外发散。

在所述密闭膜片707的长轴方向的两个端点上均固定安装有铰接点，以两个铰接点为端点均设置有固定安装在所述密闭膜片707上的气压膜 709，所述气压膜709内表面与纸带贴合的一面设置有油膜层，所述纸带的外表面均包裹有镜面涂层。在本实施方式中，气压膜的作用在于连通真空管和道集，并且尽可能的减少空气向真空管中的泄露。

为了提高气压膜的抗气压形变和恢复能力，所述气压膜709的上表面固定安装有若干个均以分布的静触点710，在每个所述静触点710上均通过铰接安装有微勾711，所述纸带滑道605端部安装有若干个复位弹簧712，所述复位弹簧712的另一端与所述微勾711连接。

另外，在本实用新型中，所述运动传感器10按照等间距的排布方式固定安装在每个所述真空管703上，所述真空管703上对应所述运动传感器10的另一侧安装有接收器11，设置在所述纸带滑道605内的纸带上设置有等间距排列的穿孔，所述穿孔设置在所述运动传感器10和接收器11之间的连接线上，在每个所述真空管703底部固定安装有电子触发器713。

综合上述可知，本实用新型通过多种方式记录自由落体运动的过程，而且在这个过程中，物理记录方式保留了传统的计算方式，而电子记录方式可以通过对数据的处理实现慢镜头的再现，以更高的理解该实验的原理。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (3)

1.一种具有气密结构的自由落体实验装置，其特征在于，包括基板(1)，所述基板(1)上安装有自由落体实验装置(3)，所述自由落体实验装置(3)包括固定安装在所述基板(1)上的底座(301)，所述底座(301)上通过螺旋套筒活动安装有顶杆(302)，所述顶杆(302)的外侧面通过夹板卡箍(303)活动安装有帘板(304)，在所述帘板(304)上由内侧向外侧依次设置有电子记录载板(5)、物理记录器(6)和落体实验装置(7)，在所述电子记录载板(5)、物理记录器(6)和落体实验装置(7)外围空间上均设置有不同视角的摄影相机(8)，所述物理记录器(6)上设置有频闪相机(9)，在所述落体实验装置(7)上设置有运动传感器(10)；

所述落体实验装置(7)包括多个道集(603)和若干个分别对应每组所述道集(603)的环形卡箍(701)，每个所述环形卡箍(701)上均通过密封环片(702)活动安装有真空管(703)，在每个所述真空管(703)内均设置有与纸带滑道(605)连通的悬挂勾(704)，且所述真空管(703)和所述纸带滑道(605)的连接处设置有气压密闭器(705)。

2.根据权利要求1所述的一种具有气密结构的自由落体实验装置，其特征在于，所述气压密闭器(705)包括固定安装在所述真空管(703)内壁上的密闭环(706)，在所述密闭环(706)内侧固定安装有呈椭圆环状的密闭膜片(707)，所述密闭膜片(707)上等间距均匀设置有若干个支撑轴(708)，所述支撑轴(708)均以密闭环(706)的中心为射线的共同端点向外发散，在所述密闭膜片(707)的长轴方向的两个端点上均固定安装有铰接点，以两个铰接点为端点均设置有固定安装在所述密闭膜片(707)上的气压膜(709)，所述气压膜(709)内表面与纸带贴合的一面设置有油膜层，所述纸带的外表面均包裹有镜面涂层。

3.根据权利要求2所述的一种具有气密结构的自由落体实验装置，其特征在于，所述气压膜(709)的上表面固定安装有若干个均以分布的静触点(710)，在每个所述静触点(710)上均通过铰接安装有微勾(711)，所述纸带滑道(605)端部安装有若干个复位弹簧(712)，所述复位弹簧(712)的另一端与所述微勾(711)连接。

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