專利名稱：新型自由落體實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及教學使用的實驗儀器，特別是一種用于測定重力加速度的新型自由落體實驗裝置。
背景技術(shù)：
自由落體實驗是物理教學中的重要實驗，目前多通過打點計時器對運動紙帶進行打點來測定重力加速度。整套實驗裝置包括打點計時器、紙帶、復寫紙片、低壓電源、小車和一端附滑輪的長木板、刻度尺、鉤碼、細繩等。其實驗原理是依照重力加速度不變原理，使小車做勻加速直線運動，其在任意連續(xù)相等時間內(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動時，任意兩個連續(xù)相等時間內(nèi)的位移之差為恒量，用逐差法求物體運動的加速度(即重力加速度g)。實驗中，通過鉤碼做近似自由落體運動，其拉動小車，紙帶由小車連接拖動，紙帶的運動速度和小車相同，依靠打點計時器在小車拉動的紙帶上等時間間隔進行打點。該實驗裝置部件多，裝配復雜，受小車自身重量影響，鉤碼只能做近似自由落體運動，間接測量紙帶運動；連接部件多，紙帶運動易受外界影響，運動不穩(wěn)定，其運動摩擦會帶來測量誤差，測量結(jié)果和實際重力加速度出入較大。
實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題和提出的技術(shù)任務是克服現(xiàn)有實驗裝置結(jié)構(gòu)復雜，受外界影響大的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)簡單，直接對物體自由落體運動做測定的新型自由落體實驗裝置。
本實用新型的技術(shù)方案是一種新型自由落體實驗裝置，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，立柱上設有兩個上下平行可升降移動的滑塊和與電磁鐵連動的計時器，滑塊上裝有計時探測器，立柱側(cè)面標有長度刻度。通過計時探測器探測鐵球自由落體經(jīng)過兩滑塊所用時間，利用方程求解重力加速度g。其實驗原理如下由于鐵球做初速度為零的勻加速運動，S＝1/2gt2，其中S為鐵球下落經(jīng)過的距離，t為所耗時間；預先測量好兩個滑塊之間的距離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)過兩個計時探測器時由計時器記錄下的時間。
本實用新型中所述的立柱兩側(cè)開有軌道卡槽，滑塊上設有對應的卡接凸棱，滑塊卡接于立柱上并可自由滑動，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，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動。
本實用新型中所述的底座下設有水平調(diào)節(jié)螺栓，其和地面直接接觸，可通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，確保底座水平放置使用，避免因為底座擺放不平帶來的測量誤差。
本實用新型中所述的底座上設有一與鐵球?qū)陌伎?，便于收集跌落的鐵球。
本實用新型中所述的立柱頂端電磁鐵下方設有可轉(zhuǎn)動的連接板，連接板外端穿線，線尾連有一鉛垂。通過連接板上的鉛垂對準凹孔中心點調(diào)節(jié)底座水平放置，確保兩個計時探測器之間的直線距離為鐵球垂直下落軌跡，減少實驗誤差。
本實用新型通過兩個配有計時探測器的滑塊，測量鐵球自由落體經(jīng)過的時間，推導驗證重力加速度g，與現(xiàn)有實驗裝置比較結(jié)構(gòu)簡單、部件少；避免了連接部件相互連動產(chǎn)生的摩擦，測量誤差小；不僅教師演示直觀，學生操作使用也很簡便。
以下結(jié)合附圖說明和具體實施方式
對本實用新型做進一步的說明。
圖1本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2調(diào)節(jié)底座水平時的裝置側(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.計時探測器、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.計時器、14.連接板、15.線、16.鉛垂。
具體實施方式一種新型自由落體實驗裝置，包括一個三角形狀的底座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頂端設有可轉(zhuǎn)動的連接板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，立柱上設有兩個上下平行可升降移動的滑塊5，立柱頂端裝有計時器13，滑塊上裝有計時探測器6，立柱側(cè)面標有長度刻度7，其中立柱2兩側(cè)開有軌道卡槽10，滑塊5上設有對應的卡接凸棱11，滑塊卡接于立柱上可自由滑動，滑塊上旋有可頂住立柱的定位栓12，底座4上設有一與鐵球1對應的凹孔8。
使用時，首先將連接板轉(zhuǎn)動到電磁鐵下方，使用鉛垂對準凹孔中心位置，觀測底座是否擺放水平(如鉛垂對準凹孔中心則表明底座已經(jīng)擺放水平，反之需要調(diào)節(jié))，如不平時可通過轉(zhuǎn)動底座底部的三顆水平調(diào)節(jié)螺栓，使底座水平放置，此時鉛垂對準凹孔中心；調(diào)節(jié)完畢后，轉(zhuǎn)動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，打開計時探測器，記錄下兩個滑塊之間的立柱刻度距離。實驗開始后對電磁鐵斷電，此時鐵球在重力作用下做自由落體運動，同時與電磁鐵連動的計時探測器開始監(jiān)控鐵球運動，計時器記錄下鐵球經(jīng)過兩個滑塊時對應的時間，通過推導得到的數(shù)學公式S1＝1/2gt22-1/2gt12計算出當?shù)氐闹亓铀俣萭，其中S1為兩個滑塊間的距離，t1和t2分別為鐵球通過上、下兩個滑塊時所用的時間。
權(quán)利要求1.一種新型自由落體實驗裝置，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，立柱上設有兩個上下平行可升降移動的滑塊(5)和與電磁鐵連動的計時器(13)，滑塊上裝有計時探測器(6)，立柱側(cè)面標有長度刻度(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的實驗裝置，其特征是所述的立柱(2)兩側(cè)開有軌道卡槽(10)，滑塊(5)上設有對應的卡接凸棱(11)，滑塊卡接于立柱上并可自由滑動，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所述的實驗裝置，其特征是所述的底座(4)下設有水平調(diào)節(jié)螺栓(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的實驗裝置，其特征是所述的底座(4)上設有一與鐵球(1)對應的凹孔(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實驗裝置，其特征是所述的立柱(2)頂端電磁鐵(3)下方設有可轉(zhuǎn)動的連接板(14)，連接板外端穿線(15)，線尾連有一鉛垂(16)。
專利摘要本實用新型涉及教學實驗儀器，特別是一種用于測定重力加速度的新型自由落體實驗裝置?，F(xiàn)有自由落體實驗裝置部件多，鉤碼只能做近似自由落體運動，間接測量紙帶運動；紙帶運動不穩(wěn)定也會帶來測量誤差，測量結(jié)果和實際重力加速度出入較大。本實用新型的發(fā)明目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，直接對物體自由落體運動做測定的新型自由落體實驗裝置。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，立柱上設有兩個上下平行可升降移動的滑塊和與電磁鐵連動的計時器，滑塊上裝有計時探測器，立柱側(cè)面標有長度刻度。通過計時器獲取鐵球自由落體經(jīng)過兩滑塊所用時間，利用方程計算出重力加速度g。
文檔編號G09B23/06GK2924691SQ20062010591
公開日2007年7月18日 申請日期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 申請人:王樂安