一種可攜式的自由落體運動實驗儀的製作方法

2023-05-19 01:44:02 1

本發明涉及一種物理實驗裝置，尤其涉及自由落體運動的實驗測試裝置。

背景技術：

測量重力加速度(g，常用值9.81m/s2)是中學物理中的一個基本實驗項目，現在的物理實驗教學中使用的儀器大多是用打點計時器在繫著下落重物的紙帶上進行記錄的方法，而且實驗儀器不便於攜帶入課堂，需要學生進入專門的實驗室進行測試。儘管有很多種方法可以測量重力加速度，而落體法測重力加速度是所有方法中最直接而又簡單的方法。應用於中學物理教學中的自由落體法測量重力加速度的關鍵技術是便於攜帶，操作簡單，測試準確。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明要解決的技術問題是公開一種便於攜帶、操作簡便，並能實現高精確度快速測量自由落體運動的實驗儀。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種可攜式自由落體運動實驗儀，它包括底座、調節螺釘、海綿墊、保護套管、玻璃管、小鋼球、密封塞、通氣管、密封閥門、拉杆、永久磁鐵、上光電門、中光電門、下光電門、底座螺紋孔；所述的底座通過底座螺紋孔與三個調節螺釘連接；所述的底座上固定有保護套管，所述的保護套管內底部凹槽放置有海綿墊；所述的保護套管內螺紋連接玻璃管；所述的玻璃管外表面有長度刻度標尺，所述的玻璃管上端有密封塞；所述的密封塞固定有通氣管；所述的通氣管上端有密封閥門；所述的密封塞用螺紋連接拉杆；所述的密封塞上部放置有永久磁鐵；所述的玻璃管外有上光電門、中光電門、下光電門。

優選的，所述底座為正三角形鋼板，所述保護套管與底座固定為一體，並且保護套管有內螺紋。

優選的，所述玻璃管外表面有長度刻度標尺，玻璃管下部有外螺紋與保護套管連接在一起。

優選的，所述永久磁鐵為圓環狀。

優選的，所述密封塞下部中間為半圓形凹槽，凹槽深度為實驗用小鋼球直徑的三分之一到二分之一。

優選的，所述密封塞可以通過推拉拉杆在玻璃管內的整個長度範圍內上下移動，拉杆長度略大於玻璃管長度，拉杆與密封塞通過螺紋連接。

可選的，所述通氣管上端的密封閥門打開，玻璃管內保持實驗所在地的正常氣壓；關閉密封閥門，並拉動拉杆讓密封塞從玻璃管底部移動到上端，可把玻璃管內簡單快速地抽為接近真空。

可選的，所述通氣管可與外部氣泵等設備連接，可以將玻璃管內抽取高真空度或充氣為高氣壓。

可選的，本發明光電門可選上、中、下三個光電門，或只選兩個光電門。

本發明的有益效果為：該裝置結構簡單，便於攜帶，操作簡便，玻璃管內易於快速實現較高的真空度，該裝置可實現正常氣壓下與較高真空度下的自由落體重力加速度高精度測量實驗，通過連接外部氣泵等設備可實現多種氣壓下的自由落體運動高精度測量。

附圖說明

圖1為本發明的一種可攜式的自由落體運動實驗儀結構示意圖。

圖2為本發明的拿掉永久磁鐵後小鋼球的自由落體示意圖。

圖3為本發明的自由落體運動實驗完畢後實驗儀收起方式示意圖。

圖4為本發明的底座及保護套管與底座螺紋孔示意圖。

圖5為圓環狀永久磁鐵示意圖。

圖中：1底座、2調節螺釘、3海綿墊、4保護套管、5玻璃管、6小鋼球、7密封塞、8通氣管、9密封閥門、10拉杆、11永久磁鐵、12上光電門、13中光電門、14下光電門、15底座螺紋孔。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面將結合具體實施例並參照附圖，對本發明進一步詳細描述；顯然，這些描述只是示例性的，而非要限制本發明的範圍；此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要的混淆本發明的概念。

圖1為本發明的一種可攜式的自由落體運動實驗儀結構示意圖。本申請的測量裝置包括底座1、調節螺釘2、海綿墊3、保護套管4、玻璃管5、小鋼球6、密封塞7、通氣管8、密封閥門9、拉杆10、永久磁鐵11、上光電門12、中光電門13、下光電門14、底座螺紋孔15；所述的底座1通過底座螺紋孔15與三個調節螺釘2連接；所述的底座1上固定有保護套管4，所述的保護套管4內放置有海綿墊3；所述的保護套管4內螺紋連接玻璃管5；所述的玻璃管5外表面有長度刻度標尺，所述的玻璃管5上端有密封塞7；所述的密封塞7固定有通氣管8；所述的通氣管8上端有密封閥門9；所述的密封塞用螺紋連接拉杆10；所述的密封塞7上部放置永久磁鐵11；所述的玻璃管5外安裝有上光電門12、中光電門13、下光電門14。

進一步的，所述底座1為正三角形鋼板並有三個螺紋孔，所述保護套管4與底座1固定為一體，並且保護套管4有內螺紋。

進一步的，所述玻璃管5外表面有長度刻度標尺，玻璃管5下部有外螺紋與保護套管4連接在一起。

進一步的，所述永久磁鐵11為圓環狀。

進一步的，所述密封塞7下部中間為半圓形凹槽，凹槽深度為實驗用小鋼球6直徑的三分之一到二分之一。

進一步的，所述密封塞7可以通過推拉拉杆10在玻璃管5內的整個長度範圍內上下移動，拉杆10的長度略大於玻璃管5的長度，拉杆10與密封塞7通過螺紋連接。

進一步的，所述通氣管8上端的密封閥門9打開，玻璃管5內保持實驗所在地的正常氣壓，可實現正常氣壓下的自由落體運動實驗；關閉密封閥門9，並拉動拉杆10讓密封塞7從玻璃管5的底部移動到上端，可把玻璃管5內簡單快速地抽為接近真空，可實現接近真空的自由落體運動實驗。

進一步的，所述通氣管8可與外部氣泵等設備連接，可以將玻璃管5內抽取高真空度或充氣為高氣壓，實現多種氣壓下的自由落體運動高精度測量。

進一步的，本發明光電門可選上光電門12、中光電門13、下光電門14三個光電門，或只選兩個光電門。

圖2為本具體實施方式的工作原理圖。底座1上固定有保護套管4；保護套管4內的底部凹槽內放置有海綿墊3作為小鋼球6掉落的緩衝墊；將小鋼球6放在海綿墊3上；保護套管4通過螺紋連接外表面有長度刻度標尺的玻璃管5；將永久磁鐵11放置於密封塞7的上面，自下而上拉動拉杆10將密封塞7移動到玻璃管5的上端，由於永久磁鐵11的磁性可把小鋼球6懸掛在密封塞7的下端凹槽內一起提升到玻璃管5的上端；可選的，在拉動密封塞7的過程中根據通氣管8的密封閥門9打開與否可將玻璃管5內保持實驗所在地的正常氣壓或接近真空；實驗裝置恢復正立後調節底座上的調節螺釘2使得玻璃管5為垂直；快速拿走永久磁鐵11，小鋼球6因失磁而自由掉落；設計精準小鋼球6靜止時其所在的上光電門12到中光電門13的距離，以及中光電門13到下光電門14的距離，記錄小鋼球6經過三個光電門的時間，通過對小鋼球6在不同位置的光電門處的速度、光電門之間的距離和通過不同光電門所用的時間即可將自由落體的原理呈現出來。

本發明便於攜帶，操作簡單，一般學生稍加指導均可在短時間內完成多種氣壓下自由落體運動的實驗任務。

應當理解的是，本發明的上述具體實施方式僅僅用於示例性說明或解釋本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求範圍和邊界、或者這種範圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。