專利名稱：新型自由落體實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及教學(xué)使用的實(shí)驗(yàn)儀器，特別是一種用于測(cè)定重力加速度的新型自由落體實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
自由落體實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中的重要實(shí)驗(yàn)，目前多通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)運(yùn)動(dòng)紙帶進(jìn)行打點(diǎn)來測(cè)定重力加速度。整套實(shí)驗(yàn)裝置包括打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙片、低壓電源、小車和一端附滑輪的長(zhǎng)木板、刻度尺、鉤碼、細(xì)繩等。其實(shí)驗(yàn)原理是依照重力加速度不變?cè)恚剐≤囎鰟蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)，其在任意連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移分別是S1，S2，S3，...，則有S2-S1＝S3-S2＝...＝S(n)-S(n-1)＝aT2；即物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，任意兩個(gè)連續(xù)相等時(shí)間內(nèi)的位移之差為恒量，用逐差法求物體運(yùn)動(dòng)的加速度(即重力加速度g)。實(shí)驗(yàn)中，通過鉤碼做近似自由落體運(yùn)動(dòng)，其拉動(dòng)小車，紙帶由小車連接拖動(dòng)，紙帶的運(yùn)動(dòng)速度和小車相同，依靠打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在小車?yán)瓌?dòng)的紙帶上等時(shí)間間隔進(jìn)行打點(diǎn)。該實(shí)驗(yàn)裝置部件多，裝配復(fù)雜，受小車自身重量影響，鉤碼只能做近似自由落體運(yùn)動(dòng)，間接測(cè)量紙帶運(yùn)動(dòng)；連接部件多，紙帶運(yùn)動(dòng)易受外界影響，運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定，其運(yùn)動(dòng)摩擦?xí)頊y(cè)量誤差，測(cè)量結(jié)果和實(shí)際重力加速度出入較大。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務(wù)是克服現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受外界影響大的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接對(duì)物體自由落體運(yùn)動(dòng)做測(cè)定的新型自由落體實(shí)驗(yàn)裝置。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種新型自由落體實(shí)驗(yàn)裝置，包括鐵球，其特征是所述鐵球吸附在一立柱頂端伸出的可控電磁鐵端部，立柱豎在一底座上，立柱上設(shè)有兩個(gè)上下平行可升降移動(dòng)的滑塊和與電磁鐵連動(dòng)的計(jì)時(shí)器，滑塊上裝有計(jì)時(shí)探測(cè)器，立柱側(cè)面標(biāo)有長(zhǎng)度刻度。通過計(jì)時(shí)探測(cè)器探測(cè)鐵球自由落體經(jīng)過兩滑塊所用時(shí)間，利用方程求解重力加速度g。其實(shí)驗(yàn)原理如下由于鐵球做初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)，S＝1/2gt2，其中S為鐵球下落經(jīng)過的距離，t為所耗時(shí)間；預(yù)先測(cè)量好兩個(gè)滑塊之間的距離S1，即可通過S1＝1/2gt22-1/2gt12得到重力加速度，通過改變兩滑塊間的距離多測(cè)幾次取平均值即可，其中t1和t2分別為鐵球下落過程中經(jīng)過兩個(gè)計(jì)時(shí)探測(cè)器時(shí)由計(jì)時(shí)器記錄下的時(shí)間。
本實(shí)用新型中所述的立柱兩側(cè)開有軌道卡槽，滑塊上設(shè)有對(duì)應(yīng)的卡接凸棱，滑塊卡接于立柱上并可自由滑動(dòng)，滑塊上旋有可頂住立柱的定位栓。通過卡槽和凸棱的卡接配合，確?；瑝K在立柱上下升降滑動(dòng)，依靠定位栓旋緊頂住立柱，使滑塊固定位置監(jiān)控鐵球的自由落體運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)用新型中所述的底座下設(shè)有水平調(diào)節(jié)螺栓，其和地面直接接觸，可通過轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)，確保底座水平放置使用，避免因?yàn)榈鬃鶖[放不平帶來的測(cè)量誤差。
本實(shí)用新型中所述的底座上設(shè)有一與鐵球?qū)?yīng)的凹孔，便于收集跌落的鐵球。
本實(shí)用新型中所述的立柱頂端電磁鐵下方設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接板，連接板外端穿線，線尾連有一鉛垂。通過連接板上的鉛垂對(duì)準(zhǔn)凹孔中心點(diǎn)調(diào)節(jié)底座水平放置，確保兩個(gè)計(jì)時(shí)探測(cè)器之間的直線距離為鐵球垂直下落軌跡，減少實(shí)驗(yàn)誤差。
本實(shí)用新型通過兩個(gè)配有計(jì)時(shí)探測(cè)器的滑塊，測(cè)量鐵球自由落體經(jīng)過的時(shí)間，推導(dǎo)驗(yàn)證重力加速度g，與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)裝置比較結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件少；避免了連接部件相互連動(dòng)產(chǎn)生的摩擦，測(cè)量誤差小；不僅教師演示直觀，學(xué)生操作使用也很簡(jiǎn)便。
以下結(jié)合附圖說明和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。
圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2調(diào)節(jié)底座水平時(shí)的裝置側(cè)視圖。
圖3圖1的A-A向視圖。
圖中1.鐵球、2.立柱、3.電磁鐵、4.底座、5.滑塊、6.計(jì)時(shí)探測(cè)器、7.刻度、8.凹孔、9.調(diào)節(jié)螺栓、10.軌道卡槽、11.卡接凸棱、12.定位栓、13.計(jì)時(shí)器、14.連接板、15.線、16.鉛垂。
具體實(shí)施方式一種新型自由落體實(shí)驗(yàn)裝置，包括一個(gè)三角形狀的底座4，其底部裝有三顆水平調(diào)節(jié)螺栓9；底座上豎有一立柱2，立柱2頂端設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接板14，其外端穿線15，線一頭連接在連接板上，另一頭連有鉛垂16，立柱2頂端伸出的端部上裝有可控電磁鐵3，其通電后可吸附住鐵球1，立柱上設(shè)有兩個(gè)上下平行可升降移動(dòng)的滑塊5，立柱頂端裝有計(jì)時(shí)器13，滑塊上裝有計(jì)時(shí)探測(cè)器6，立柱側(cè)面標(biāo)有長(zhǎng)度刻度7，其中立柱2兩側(cè)開有軌道卡槽10，滑塊5上設(shè)有對(duì)應(yīng)的卡接凸棱11，滑塊卡接于立柱上可自由滑動(dòng)，滑塊上旋有可頂住立柱的定位栓12，底座4上設(shè)有一與鐵球1對(duì)應(yīng)的凹孔8。
使用時(shí)，首先將連接板轉(zhuǎn)動(dòng)到電磁鐵下方，使用鉛垂對(duì)準(zhǔn)凹孔中心位置，觀測(cè)底座是否擺放水平(如鉛垂對(duì)準(zhǔn)凹孔中心則表明底座已經(jīng)擺放水平，反之需要調(diào)節(jié))，如不平時(shí)可通過轉(zhuǎn)動(dòng)底座底部的三顆水平調(diào)節(jié)螺栓，使底座水平放置，此時(shí)鉛垂對(duì)準(zhǔn)凹孔中心；調(diào)節(jié)完畢后，轉(zhuǎn)動(dòng)連接板使其離開電磁鐵正下方位置，通電讓電磁鐵能吸附住鐵球，打開計(jì)時(shí)探測(cè)器，記錄下兩個(gè)滑塊之間的立柱刻度距離。實(shí)驗(yàn)開始后對(duì)電磁鐵斷電，此時(shí)鐵球在重力作用下做自由落體運(yùn)動(dòng)，同時(shí)與電磁鐵連動(dòng)的計(jì)時(shí)探測(cè)器開始監(jiān)控鐵球運(yùn)動(dòng)，計(jì)時(shí)器記錄下鐵球經(jīng)過兩個(gè)滑塊時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，通過推導(dǎo)得到的數(shù)學(xué)公式S1＝1/2gt22-1/2gt12計(jì)算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭，其中S1為兩個(gè)滑塊間的距離，t1和t2分別為鐵球通過上、下兩個(gè)滑塊時(shí)所用的時(shí)間。
權(quán)利要求1.一種新型自由落體實(shí)驗(yàn)裝置，包括鐵球(1)，其特征是所述鐵球吸附在一立柱(2)頂端伸出的可控電磁鐵(3)端部，立柱豎在一底座(4)上，立柱上設(shè)有兩個(gè)上下平行可升降移動(dòng)的滑塊(5)和與電磁鐵連動(dòng)的計(jì)時(shí)器(13)，滑塊上裝有計(jì)時(shí)探測(cè)器(6)，立柱側(cè)面標(biāo)有長(zhǎng)度刻度(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的立柱(2)兩側(cè)開有軌道卡槽(10)，滑塊(5)上設(shè)有對(duì)應(yīng)的卡接凸棱(11)，滑塊卡接于立柱上并可自由滑動(dòng)，滑塊上旋有可頂住立柱的定位栓(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的底座(4)下設(shè)有水平調(diào)節(jié)螺栓(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的底座(4)上設(shè)有一與鐵球(1)對(duì)應(yīng)的凹孔(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的立柱(2)頂端電磁鐵(3)下方設(shè)有可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接板(14)，連接板外端穿線(15)，線尾連有一鉛垂(16)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，特別是一種用于測(cè)定重力加速度的新型自由落體實(shí)驗(yàn)裝置?，F(xiàn)有自由落體實(shí)驗(yàn)裝置部件多，鉤碼只能做近似自由落體運(yùn)動(dòng)，間接測(cè)量紙帶運(yùn)動(dòng)；紙帶運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定也會(huì)帶來測(cè)量誤差，測(cè)量結(jié)果和實(shí)際重力加速度出入較大。本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接對(duì)物體自由落體運(yùn)動(dòng)做測(cè)定的新型自由落體實(shí)驗(yàn)裝置。包括鐵球，其特征是所述鐵球吸附在一立柱頂端伸出的可控電磁鐵端部，立柱豎在一底座上，立柱上設(shè)有兩個(gè)上下平行可升降移動(dòng)的滑塊和與電磁鐵連動(dòng)的計(jì)時(shí)器，滑塊上裝有計(jì)時(shí)探測(cè)器，立柱側(cè)面標(biāo)有長(zhǎng)度刻度。通過計(jì)時(shí)器獲取鐵球自由落體經(jīng)過兩滑塊所用時(shí)間，利用方程計(jì)算出重力加速度g。
文檔編號(hào)G09B23/06GK2924691SQ20062010591
公開日2007年7月18日 申請(qǐng)日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者王樂安 申請(qǐng)人:王樂安