CN2924691Y - 新型自由落体实验装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及教学实验仪器，特别是一种用于测定重力加速度的新型自由落体实验装置。现有自由落体实验装置部件多，钩码只能做近似自由落体运动，间接测量纸带运动；纸带运动不稳定也会带来测量误差，测量结果和实际重力加速度出入较大。本实用新型的发明目的是提供一种结构简单，直接对物体自由落体运动做测定的新型自由落体实验装置。包括铁球，其特征是所述铁球吸附在一立柱顶端伸出的可控电磁铁端部，立柱竖在一底座上，立柱上设有两个上下平行可升降移动的滑块和与电磁铁连动的计时器，滑块上装有计时探测器，立柱侧面标有长度刻度。通过计时器获取铁球自由落体经过两滑块所用时间，利用方程计算出重力加速度g。

Description

新型自由落体实验装置
【技术领域】
本实用新型涉及教学使用的实验仪器，特别是一种用于测定重力加速度的新型自由落体实验装置。
【背景技术】
自由落体实验是物理教学中的重要实验，目前多通过打点计时器对运动纸带进行打点来测定重力加速度。整套实验装置包括打点计时器、纸带、复写纸片、低压电源、小车和一端附滑轮的长木板、刻度尺、钩码、细绳等。其实验原理是依照重力加速度不变原理，使小车做匀加速直线运动，其在任意连续相等时间内的位移分别是S1，S2，S3，...，则有S2-S1＝S3-S2＝...＝S(n)-S(n-1)＝aT2；即：物体做匀变速直线运动时，任意两个连续相等时间内的位移之差为恒量，用逐差法求物体运动的加速度(即重力加速度g)。实验中，通过钩码做近似自由落体运动，其拉动小车，纸带由小车连接拖动，纸带的运动速度和小车相同，依靠打点计时器在小车拉动的纸带上等时间间隔进行打点。该实验装置部件多，装配复杂，受小车自身重量影响，钩码只能做近似自由落体运动，间接测量纸带运动；连接部件多，纸带运动易受外界影响，运动不稳定，其运动摩擦会带来测量误差，测量结果和实际重力加速度出入较大。
【实用新型内容】
本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是克服现有实验装置结构复杂，受外界影响大的缺陷，提供一种结构简单，直接对物体自由落体运动做测定的新型自由落体实验装置。
本实用新型的技术方案是：一种新型自由落体实验装置，包括铁球，其特征是所述铁球吸附在一立柱顶端伸出的可控电磁铁端部，立柱竖在一底座上，立柱上设有两个上下平行可升降移动的滑块和与电磁铁连动的计时器，滑块上装有计时探测器，立柱侧面标有长度刻度。通过计时探测器探测铁球自由落体经过两滑块所用时间，利用方程求解重力加速度g。其实验原理如下：由于铁球做初速度为零的匀加速运动，S＝1/2gt2，其中S为铁球下落经过的距离，t为所耗时间；预先测量好两个滑块之间的距离S1，即可通过S1＝1/2gt2 2-1/2gt1 2得到重力加速度，通过改变两滑块间的距离多测几次取平均值即可，其中t1和t2分别为铁球下落过程中经过两个计时探测器时由计时器记录下的时间。
本实用新型中所述的立柱两侧开有轨道卡槽，滑块上设有对应的卡接凸棱，滑块卡接于立柱上并可自由滑动，滑块上旋有可顶住立柱的定位栓。通过卡槽和凸棱的卡接配合，确保滑块在立柱上下升降滑动，依靠定位栓旋紧顶住立柱，使滑块固定位置监控铁球的自由落体运动。
本实用新型中所述的底座下设有水平调节螺栓，其和地面直接接触，可通过转动调节，确保底座水平放置使用，避免因为底座摆放不平带来的测量误差。
本实用新型中所述的底座上设有一与铁球对应的凹孔，便于收集跌落的铁球。
本实用新型中所述的立柱顶端电磁铁下方设有可转动的连接板，连接板外端穿线，线尾连有一铅垂。通过连接板上的铅垂对准凹孔中心点调节底座水平放置，确保两个计时探测器之间的直线距离为铁球垂直下落轨迹，减少实验误差。
本实用新型通过两个配有计时探测器的滑块，测量铁球自由落体经过的时间，推导验证重力加速度g，与现有实验装置比较结构简单、部件少；避免了连接部件相互连动产生的摩擦，测量误差小；不仅教师演示直观，学生操作使用也很简便。
下面结合附图说明和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。
【附图说明】
图1：本实用新型结构示意图。
图2：调节底座水平时的装置侧视图。
图3：图1的A-A向视图。
图中：1.铁球、2.立柱、3.电磁铁、4.底座、5.滑块、6.计时探测器、7.刻度、8.凹孔、9.调节螺栓、10.轨道卡槽、11.卡接凸棱、12.定位栓、13.计时器、14.连接板、15.线、16.铅垂。
【具体实施方式】
一种新型自由落体实验装置，包括一个三角形状的底座4，其底部装有三颗水平调节螺栓9；底座上竖有一立柱2，立柱2顶端设有可转动的连接板14，其外端穿线15，线一头连接在连接板上，另一头连有铅垂16，立柱2顶端伸出的端部上装有可控电磁铁3，其通电后可吸附住铁球1，立柱上设有两个上下平行可升降移动的滑块5，立柱顶端装有计时器13，滑块上装有计时探测器6，立柱侧面标有长度刻度7，其中立柱2两侧开有轨道卡槽10，滑块5上设有对应的卡接凸棱11，滑块卡接于立柱上可自由滑动，滑块上旋有可顶住立柱的定位栓12，底座4上设有一与铁球1对应的凹孔8。
使用时，首先将连接板转动到电磁铁下方，使用铅垂对准凹孔中心位置，观测底座是否摆放水平(如铅垂对准凹孔中心则表明底座已经摆放水平，反之需要调节)，如不平时可通过转动底座底部的三颗水平调节螺栓，使底座水平放置，此时铅垂对准凹孔中心；调节完毕后，转动连接板使其离开电磁铁正下方位置，通电让电磁铁能吸附住铁球，打开计时探测器，记录下两个滑块之间的立柱刻度距离。实验开始后对电磁铁断电，此时铁球在重力作用下做自由落体运动，同时与电磁铁连动的计时探测器开始监控铁球运动，计时器记录下铁球经过两个滑块时对应的时间，通过推导得到的数学公式S1＝1/2gt2 2-1/2gt1 2计算出当地的重力加速度g，其中S1为两个滑块间的距离，t1和t2分别为铁球通过上、下两个滑块时所用的时间。

Claims (5)

1、一种新型自由落体实验装置，包括铁球(1)，其特征是所述铁球吸附在一立柱(2)顶端伸出的可控电磁铁(3)端部，立柱竖在一底座(4)上，立柱上设有两个上下平行可升降移动的滑块(5)和与电磁铁连动的计时器(13)，滑块上装有计时探测器(6)，立柱侧面标有长度刻度(7)。
2、根据权利要求1的实验装置，其特征是所述的立柱(2)两侧开有轨道卡槽(10)，滑块(5)上设有对应的卡接凸棱(11)，滑块卡接于立柱上并可自由滑动，滑块上旋有可顶住立柱的定位栓(12)。
3、根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征是所述的底座(4)下设有水平调节螺栓(9)。
4、根据权利要求1或2所述的实验装置，其特征是所述的底座(4)上设有一与铁球(1)对应的凹孔(8)。
5、根据权利要求4所述的实验装置，其特征是所述的立柱(2)顶端电磁铁(3)下方设有可转动的连接板(14)，连接板外端穿线(15)，线尾连有一铅垂(16)。
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