CN207799974U - 一种重力加速度物理实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种重力加速度物理实验装置，该装置包括模拟装置底座、第一物块下落机构、第二物块下落机构；本实用新型解决了现有同类型实验设备用法单一，不能同时对多物块进行重力实验，无法有效的加以利用，缺乏对比性的问题；改进后实施时，能够轻松模拟出物块下落过程，并获得相应的数据，通过计算获得物块的重力加速度；该实验装置操作方便快速，能够缩短测试重力加速度的实验时间，减少了摆线长度测量过程中的人为误差，从而提高了所测得的重力加速度值的准确度；另一方面，该实验模拟装置在操作中比较直观。

Description

一种重力加速度物理实验装置

技术领域

本实用新型涉及物理实验模拟设备，具体讲是一种重力加速度物理实验装置。

背景技术

目前，在物理实验教学中大多使用单摆来测量重力加速度；然而对于自由落体实验、单摆实验是物理学科中必须的实验课程；而现在绝大多数的物理教学中使用的是自由落体-打点计数器的实验方法，此方法的误差较大，教学过程中不容易向学生进行直观的实验展示。

经过检索发现，专利号CN201521105077.1的实用新型公开了一种重力加速度实验设备，包括工字型装置，工字型装置的上部中间位置设有开孔，开孔上设有挡块，挡块上放有球体，第一凹槽的内部分别设有第一红外线发射器和第一红外线接收器，第二凹槽的内部分别设有第二红外线发射器和第二红外线接收器，工字型装置的顶部左侧分别设有第一信号接收器、控制器和计时器，支架的右侧设有第二信号接收器，所述第一红外线接收器通过第一信号接收器与控制器电连接，第二红外线接收器通过第二信号接收器与控制器电连接，所述控制器与计时器电连接，工字型装置的下部中间与开孔对应的位置设有凹槽，所述凹槽内设有缓冲体，工字型装置的下部还设有用于供电的蓄电池组。

专利号CN201220332827.9的实用新型公开了一种重力加速度实验装置和***。重力加速度实验装置，包括：支撑架、紧固件、微动开关、电源开关、计时器和底座；所述支撑架、微动开关、电源开关和计时器均设置在所述底座上；其中，所述支撑架的高度方向与水平面垂直；所述紧固件设置在所述支撑架上；所述电源开关分别与所述紧固件和所述计时器连接；所述微动开关设置在所述紧固件的正下方，且与所述计时器连接。

专利号CN201120045146.X的实用新型公开了一种重力加速度实验仪，包括支撑架和摆球；摆球通过成20度到40度的两根摆线悬挂在设于支撑架上方的横杆上。所述的支撑架还包括升降柱和底座；升降柱包括套管、空套于套管中的活动杆与设于套管上用于调整并锁紧活动杆的锁紧旋钮，所述套管的底部固定在底座上；所述的横杆固定在活动杆的上部。升降柱的活动杆上设有用于测量摆长的刻度尺。

此外，对于现有常见的重力加速度物理实验装置来讲，几乎都存在以下不足之处：其一，现有的物理实验设备用法单一，比如仅具有单一物块受重力下落，不能同时对多物块进行重力实验，无法有效的加以利用，缺乏对比性；其二，对于现有物理重力加速度实验装置来讲，通常在实验室进行操作，夏季时实验室中炎热故有时候会开风扇，那么物块在受重力下落时，缺乏必要的防护，有时候物块易受外部气流或风吹影响；其三，对于现有物理重力加速度实验装置来讲，当物块在受重力下落后，缺乏对物块自动吸附至原位的功能；其四，对于现有物理重力加速度实验装置整体结构来讲，相当一部分装置结构过于复杂，显得整个装置体积大，势必会影响学生在实验中的操作和观察；故需要加以改进。

实用新型内容

因此，本实用新型解决现有的物理实验设备用法单一，不能同时对多物块进行重力实验，无法有效的加以利用，缺乏对比性的问题；在此提供一种重力加速度物理实验装置；改进后实施时，能够轻松模拟出物块下落过程，并获得相应的数据，通过计算获得物块的重力加速度；该实验装置操作方便快速，能够缩短测试重力加速度的实验时间，减少了摆线长度测量过程中的人为误差，从而提高了所测得的重力加速度值的准确度；另一方面，该实验模拟装置在操作中比较直观。

本实用新型是这样实现的，构造一种重力加速度物理实验装置，该装置包括模拟装置底座、第一物块下落机构、第二物块下落机构；第一物块下落机构和第二物块下落机构分别置于模拟装置底座上且两者采用相同的机构实现，具体包括转动电机、转动丝杆、丝杆套筒、电磁铁组件、电磁铁组件支架、透明外罩、支撑杆、第一监测组件、第二监测组件、第三监测组件、缓冲体和压力传感器；所述转动电机的转动端与转动丝杆连接，转动电机和转动丝杆组成的整***于透明外罩的侧面，透明外罩的两侧分别开有竖向滑槽A和竖向滑槽B，电磁铁组件通过电磁铁组件支架连接并通过丝杆套筒支撑在转动丝杆上，电磁铁组件支架穿过竖向滑槽B使其电磁铁组件位于透明外罩内；第一监测组件、第二监测组件、第三监测组件分别通过支撑杆对应于竖向滑槽A内，透明外罩的内侧底部设置有缓冲体和压力传感器。

本实用新型改进后具有如下改进及优点：

优点1：模拟装置底座用于支撑并承载第一物块下落机构、第二物块下落机构；在实现时，第一物块下落机构和第二物块下落机构会同时对质量不同的物块进行受重力下落；解决现有的物理实验设备用法单一，不能同时对多物块进行重力实验，无法有效的加以利用，缺乏对比性的问题。

优点2：对于第一物块下落机构和第二物块下落机构来讲，两者采用相同的机构实现，具体参见图5所示，具体包括转动电机、转动丝杆、丝杆套筒、电磁铁组件、电磁铁组件支架、透明外罩、支撑杆、第一监测组件、第二监测组件、第三监测组件、缓冲体和压力传感器；运行时，先对电磁铁组件通电，使其对物块（铁块或铁球）产生吸附力，做好实验准备工作；然后对电磁铁组件断电，使其对物块吸附力消失，此时物块受重力自由下落，并且在下落过程中分别会经过第一监测组件、第二监测组件、第三监测组件，由第一监测组件、第二监测组件、第三监测组件分别感应检测出其通过时的速度和时间，分别将信号传输至控制设备；物块会落至缓冲体表面，此时压力传感器得以感应，说明自由落体运动结束，并将结束信号传输至控制设备，获得结束的时间；第一监测组件、第二监测组件、第三监测组件之间下落距离相同并可测量出具体值，然后根据重力加速度的计算公式，可计算出物块的下落重力加速度。

第一物块下落机构和第二物块下落机构中会对质量不同的物块进行受重力下落，那么所获得下落的时间和速度均不同，这样可以通过对比来进行力加速度实验。

当一次实验结束要重新进行时，先启动转动电机工作，使其带动转动丝杆转动，从而带动丝杆套筒、电磁铁组件、电磁铁组件支架的整体下移，此时电磁铁组件支架穿过竖向滑槽B，并使其电磁铁组件位于透明外罩内向下运动，当电磁铁组件在缓冲体表面接触到物块时，对电磁铁组件通电，使其对物块（铁块或铁球）再次产生吸附力，之后控制转动电机反向转动，带动丝杆套筒、电磁铁组件、电磁铁组件支架的整体上移至原位，做好物块的下一次落体运动。

对于透明外罩来讲，整体为圆形，其两侧分别开有竖向滑槽A和竖向滑槽B，竖向滑槽A是为了与三组监测组件对应，竖向滑槽B则是为了便于电磁铁组件支架移动。

优点3：本实用新型中缓冲体将压力传感器包裹在内，缓冲体具有凹状表面；其好处是，由缓冲体对压力传感器进行包裹保护，防止物块因下落造成压力传感器的损坏；同时，缓冲体具有凹状表面，凹状表面能够保证物块位于缓冲体表面的中部停留，便于电磁铁组件再次吸附。

优点4：本实用新型还包括透明的防风外罩；透明的防风外罩将第一物块下落机构和第二物块下落机构整体罩住；在实验时，透明的防风外罩能够物块受外部气流或风吹的影响。

优点5：在实施时，防风外罩为塑料制件；在实施时，模拟装置底座为塑料制件；这样能够减轻整个装置的重量。

优点6：第一物块下落机构和第二物块下落机构中，透明外罩中的竖向滑槽A和竖向滑槽B的宽度分别小于对应的铁块的宽度，这样可防止物块滑落出透明外罩。

优点7：还在模拟装置底座上分别对称开有防风外罩插槽、转动电机卡槽、透明外罩插槽和支撑杆插槽；那么本装置在组装时，防风外罩、转动电机、透明外罩和支撑杆可直接卡进防风外罩插槽、转动电机卡槽、透明外罩插槽和支撑杆插槽中，使其各组件不仅实现了与模拟装置底座之间的连接，而且也便于相互固定。

附图说明

图1是本实用新型实施例1对应的示意图（物块下落前）；

图2是本实用新型实施例1对应的示意图（物块下落后）；

图3是本实用新型实施例2对应的示意图（物块下落前）；

图4是本实用新型实施例2对应的模拟装置底座示意图；

图5是本实用新型中物块下落机构对应的示意图；

图6是本实用新型中涉及的透明外罩示意图。

其中：模拟装置底座1，第一物块下落机构2，第二物块下落机构3，转动电机4，转动丝杆5，丝杆套筒6，电磁铁组件7，电磁铁组件支架8，透明外罩9，支撑杆10，第一监测组件11，第二监测组件12，第三监测组件13，缓冲体14，压力传感器15，竖向滑槽A16，竖向滑槽B17，物块18，凹状表面19，防风外罩20，防风外罩插槽21，转动电机卡槽22，透明外罩插槽23，支撑杆插槽24。

具体实施方式

下面将结合附图1-图6对本实用新型进行详细说明，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。

一种重力加速度物理实验装置，如图1-图6所示，第一物块下落机构2和第二物块下落机构3分别置于模拟装置底座1上且两者采用相同的机构实现，具体包括转动电机4、转动丝杆5、丝杆套筒6、电磁铁组件7、电磁铁组件支架8、透明外罩9、支撑杆10、第一监测组件11、第二监测组件12、第三监测组件13、缓冲体14和压力传感器15。所述转动电机4的转动端与转动丝杆5连接，转动电机4和转动丝杆5组成的整***于透明外罩9的侧面，透明外罩9的两侧分别开有竖向滑槽A16和竖向滑槽B17，电磁铁组件7通过电磁铁组件支架8连接并通过丝杆套筒6支撑在转动丝杆5上，电磁铁组件支架8穿过竖向滑槽B17使其电磁铁组件7位于透明外罩9内；第一监测组件11、第二监测组件12、第三监测组件13分别通过支撑杆10对应于竖向滑槽A16内，透明外罩9的内侧底部设置有缓冲体14和压力传感器15。

首先，该装置包括模拟装置底座1、第一物块下落机构2、第二物块下落机构3；模拟装置底座1用于支撑并承载第一物块下落机构2、第二物块下落机构3；在实现时，第一物块下落机构2和第二物块下落机构3会同时对质量不同的物块进行受重力下落；解决现有的物理实验设备用法单一，不能同时对多物块进行重力实验，无法有效的加以利用，缺乏对比性的问题。

其次，对于第一物块下落机构2和第二物块下落机构3来讲，两者采用相同的机构实现，具体参见图5所示，具体包括转动电机4、转动丝杆5、丝杆套筒6、电磁铁组件7、电磁铁组件支架8、透明外罩9、支撑杆10、第一监测组件11、第二监测组件12、第三监测组件13、缓冲体14和压力传感器15；运行时，先对电磁铁组件7通电，使其对物块18（铁块或铁球）产生吸附力，做好实验准备工作；然后对电磁铁组件7断电，使其对物块18吸附力消失，此时物块18受重力自由下落，并且在下落过程中分别会经过第一监测组件11、第二监测组件12、第三监测组件13，由第一监测组件11、第二监测组件12、第三监测组件13分别感应检测出其通过时的速度和时间，分别将信号传输至控制设备；物块18会落至缓冲体14表面，此时压力传感器15得以感应，说明自由落体运动结束，并将结束信号传输至控制设备，获得结束的时间；第一监测组件11、第二监测组件12、第三监测组件13之间下落距离相同并可测量出具体值，然后根据重力加速度的计算公式，可计算出物块18的下落重力加速度。

第一物块下落机构2和第二物块下落机构3中会对质量不同的物块18进行受重力下落，那么所获得下落的时间和速度均不同，这样可以通过对比来进行力加速度实验。

当一次实验结束要重新进行时，先启动转动电机4工作，使其带动转动丝杆5转动，从而带动丝杆套筒6、电磁铁组件7、电磁铁组件支架8的整体下移，此时电磁铁组件支架8穿过竖向滑槽B17，并使其电磁铁组件7位于透明外罩9内向下运动，当电磁铁组件7在缓冲体14表面接触到物块18时，对电磁铁组件7通电，使其对物块18（铁块或铁球）再次产生吸附力，之后控制转动电机4反向转动，带动丝杆套筒6、电磁铁组件7、电磁铁组件支架8的整体上移至原位，做好物块18的下一次落体运动。

对于透明外罩9来讲，整体为圆形，其两侧分别开有竖向滑槽A16和竖向滑槽B17，竖向滑槽A16是为了与三组监测组件对应，竖向滑槽B17则是为了便于电磁铁组件支架8移动。

所述缓冲体14将压力传感器15包裹在内，缓冲体14具有凹状表面19；其好处是，由缓冲体14对压力传感器15进行包裹保护，防止物块因下落造成压力传感器15的损坏；同时，缓冲体14具有凹状表面19，凹状表面19能够保证物块18位于缓冲体14表面的中部停留，便于电磁铁组件7再次吸附。

重力加速度物理实验装置，该装置还包括透明的防风外罩20；透明的防风外罩20将第一物块下落机构2和第二物块下落机构3整体罩住。在实验时，透明的防风外罩20能够物块受外部气流或风吹的影响。在实施时，防风外罩20为塑料制件；在实施时，模拟装置底座1为塑料制件；这样能够减轻整个装置的重量。

另一方面，第一物块下落机构2和第二物块下落机构3中，透明外罩9中的竖向滑槽A16和竖向滑槽B17的宽度分别小于对应的铁块18的宽度，这样可防止物块18滑落出透明外罩9。

实施例2：如图3-图4所示，本实施例所述的重力加速度物理实验装置相对于实施例相比，不同在于在模拟装置底座1上分别对称开有防风外罩插槽21、转动电机卡槽22、透明外罩插槽23和支撑杆插槽24；那么本装置在组装时，防风外罩、转动电机、透明外罩和支撑杆可直接卡进防风外罩插槽21、转动电机卡槽22、透明外罩插槽23和支撑杆插槽24中，使其各组件不仅实现了与模拟装置底座1之间的连接，而且也便于相互固定。

综上所述，采用上述实施方式实施时，能够轻松模拟出物块下落过程，并获得相应的数据，通过计算获得物块的重力加速度；该实验装置操作方便快速，能够缩短测试重力加速度的实验时间，减少了摆线长度测量过程中的人为误差，从而提高了所测得的重力加速度值的准确度；另一方面，该实验模拟装置在操作中比较直观。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种重力加速度物理实验装置，其特征在于：包括模拟装置底座（1）、第一物块下落机构（2）、第二物块下落机构（3）；

其中，第一物块下落机构（2）和第二物块下落机构（3）分别置于模拟装置底座（1）上且两者采用相同的机构实现，具体包括转动电机（4）、转动丝杆（5）、丝杆套筒（6）、电磁铁组件（7）、电磁铁组件支架（8）、透明外罩（9）、支撑杆（10）、第一监测组件（11）、第二监测组件（12）、第三监测组件（13）、缓冲体（14）和压力传感器（15）；

所述转动电机（4）的转动端与转动丝杆（5）连接，转动电机（4）和转动丝杆（5）组成的整***于透明外罩（9）的侧面，透明外罩（9）的两侧分别开有竖向滑槽A（16）和竖向滑槽B（17），电磁铁组件（7）通过电磁铁组件支架（8）连接并通过丝杆套筒（6）支撑在转动丝杆（5）上，电磁铁组件支架（8）穿过竖向滑槽B（17）使其电磁铁组件（7）位于透明外罩（9）内；第一监测组件（11）、第二监测组件（12）、第三监测组件（13）分别通过支撑杆（10）对应于竖向滑槽A（16）内，透明外罩（9）的内侧底部设置有缓冲体（14）和压力传感器（15）。

2.根据权利要求1所述的重力加速度物理实验装置，其特征在于：所述缓冲体（14）将压力传感器（15）包裹在内，缓冲体（14）具有凹状表面（19）。

3.根据权利要求1所述的重力加速度物理实验装置，其特征在于：该装置还包括透明的防风外罩（20）；透明的防风外罩（20）将第一物块下落机构（2）和第二物块下落机构（3）整体罩住。

4.根据权利要求3所述的重力加速度物理实验装置，其特征在于：防风外罩（20）为塑料制件。

5.根据权利要求1所述的重力加速度物理实验装置，其特征在于：模拟装置底座（1）上分别对称开有防风外罩插槽（21）、转动电机卡槽（22）、透明外罩插槽（23）和支撑杆插槽（24）。

6.根据权利要求1所述的重力加速度物理实验装置，其特征在于：第一物块下落机构（2）和第二物块下落机构（3）中，透明外罩（9）中的竖向滑槽A（16）和竖向滑槽B（17）的宽度分别小于对应的铁块（18）的宽度。

7.根据权利要求1所述的重力加速度物理实验装置，其特征在于：模拟装置底座（1）为塑料制件。