本發(fā)明涉及物理實驗儀器技術領域，尤其是涉及一種自由落體物理實驗儀以及物理實驗教學系統(tǒng)。

背景技術：

不受任何阻力，物體只在重力作用下而降落的運動，叫“自由落體”。如在地球引力作用下由靜止狀態(tài)開始下落的物體，地球表面附近的上空可看作是恒定的重力場，如不考慮大氣阻力，在該區(qū)域內(nèi)的自由落體運動是勻加速直線運動，其加速度恒等于重力加速度g。雖然地球的引力和物體到地球中心距離的平方成反比，但地球的半徑遠大于自由落體所經(jīng)過的路程，所以引力在地面附近可看作是不變的，自由落體的加速度即是一個不變的常量，它是初速為零的勻加速直線運動。

測量重力加速度是物理實驗中的一個基本項目，有很多種方法可以測得重力加速度，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，可以作為物理實驗課中的一個實驗項目，但是，目前在物理實驗課中，實施這個實驗項目的時候，基本都是通過增大落體物的重量或縮小落體物的體積而減小阻力，事實上，這也會對試驗的數(shù)據(jù)造成一定程度的影響，并且不能夠直觀的向?qū)W生展示在真空或具有空氣阻力兩種情況下自由落體運動的區(qū)別。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種自由落體物理實驗儀以及物理實驗教學系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中存在的不能夠直觀的向?qū)W生展示自由落體運動的技術問題。

本發(fā)明提供的一種自由落體物理實驗儀，包括主立板、真空罩、真空泵、罩頂和底板；

所述真空罩密封設置在所述主立板的一側(cè)，所述底板密封設置在所述真空罩的底端，所述罩頂可拆卸的密封安裝在所述真空罩的頂端；

所述主立板上設置有與所述真空罩的內(nèi)腔貫通的密封機構，所述真空泵通過所述密封機構與所述真空罩的內(nèi)腔連通；

所述主立板或\和所述真空罩的內(nèi)側(cè)設置有定位計時器，并且所述罩頂設置有夾持機構，用于夾持重力塊；

其中，所述定位計時器包括顯示器、控制器、第一探測頭、第二探測頭和探測頭連接板；

所述第一探測頭和所述第二探測頭固定在所述探測頭連接板的兩端，并且所述第一探測頭和所述第二探測頭與所述控制器電連接，所述控制器與所述顯示器電連接；

其中，所述夾持機構包括至少兩個夾持桿，多個所述夾持桿的中部相互活動連接，并通過該活動連接點將所述夾持桿分為夾持端與手持端；

所述罩頂上設置有過孔，多個所述夾持桿穿過所述過孔，所述夾持端位于所述真空罩內(nèi)，所述手持端位于所述真空罩外，并且所述過孔與所述夾持桿之間還填充有密封橡膠層。

進一步的，在本發(fā)明的實施例中，所述密封機構包括設置在主立板上的密封孔以及設置在所述主立板夾層內(nèi)的密封蓋；

其中，所述密封蓋的一端活動連接在所述主立板的夾層內(nèi)，可沿該活動連接點轉(zhuǎn)動，露出或蓋住所述密封孔。

進一步的，在本發(fā)明的實施例中，所述夾層內(nèi)設置有密封圈，所述密封圈位于所述夾層內(nèi)且與所述密封孔對應；

當所述密封蓋蓋住所述密封孔時，所述密封圈抵在所述密封蓋的兩側(cè)。

進一步的，在本發(fā)明的實施例中，所述主立板的外壁上設置有貫通所述主立板夾層的調(diào)節(jié)孔；

所述調(diào)節(jié)孔內(nèi)穿入有與所述密封蓋連接的調(diào)節(jié)臂，用于調(diào)整所述密封蓋與所述密封孔之間的開啟或閉合。

進一步的，在本發(fā)明的實施例中，所述夾持端或所述手持端設置有連接相鄰所述夾持桿的彈性件，用于使所述夾持桿的夾持端彈性收縮。

進一步的，在本發(fā)明的實施例中，所述夾持端或所述手持端設置有連接相鄰所述夾持桿的彈性件包括：

所述夾持端設置有多個彈簧，多個所述彈簧連接在相鄰的所述夾持桿之間；

或，

所述手持端設置有多個彈片，多個所述彈片支撐在相鄰的所述夾持桿之間。

進一步的，在本發(fā)明的實施例中，所述夾持桿的夾持端設置有倒刺或磨砂面。

進一步的，在本發(fā)明的實施例中，所述真空罩為圓筒型，且所述罩頂為與所述真空罩的形狀相適配的圓形；

所述罩頂與所述真空罩相螺紋旋合連接。

進一步的，在本發(fā)明的實施例中，所述底板上設置有緩沖層。

本發(fā)明還提供了一種物理實驗教學系統(tǒng)，包括所述自由落體物理實驗儀。

在上述技術方案中，在物理課程的教學中，可以先將進行自由落體試驗的重力塊通過所述夾持機構夾持住，然后密封的安裝在所述真空罩的頂端，由于所述真空罩的內(nèi)腔此時已經(jīng)形成密封空間，所以再通過密封機構將所述真空泵連通至真空罩的內(nèi)腔，將真空罩的內(nèi)腔抽成真空狀態(tài)，就可以進行試驗了。當真空罩的內(nèi)腔形成真空狀態(tài)后，通過夾持機構將重力塊自由降落，在重力塊的自由落體過程中，所述定位計時器會通過第一探測頭和第二探測頭分別探測到重力塊經(jīng)過所述第一探測頭和第二探測頭的距離和時間，并形成數(shù)據(jù)顯示在所述顯示器上，方便同學及老師觀測。

通過這種自由落體物理實驗儀可以自由選擇實施自由落體試驗時的環(huán)境狀態(tài)(即真空狀態(tài)或非真空狀態(tài))，形成直觀的對比效果，并且可以選擇任意的測試物體，不限于重力塊一種形式，所以試驗的方式多種多樣，結(jié)構簡單，操作方便，試驗精度高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一個實施例提供的自由落體物理實驗儀的結(jié)構示意圖；

圖2為本發(fā)明一個實施例提供的自由落體物理實驗儀的局部示意圖；

圖3為圖2所示的自由落體物理實驗儀的側(cè)視圖；

圖4為本發(fā)明一個實施例提供的夾持機構的結(jié)構示意圖；

圖5為本發(fā)明另一個實施例提供的夾持機構的結(jié)構示意圖；

圖6為本發(fā)明一個實施例提供的定位計時器的電路連接結(jié)構示意圖。

附圖標記：

0-重力塊； 1-主立板； 2-真空罩；

3-密封機構； 21-罩頂； 22-底板；

31-密封孔； 32-密封蓋； 33-密封圈；

34-調(diào)節(jié)孔； 35-調(diào)節(jié)臂； 41-顯示器；

42-控制器； 43-第一探測頭； 44-第二探測頭；

45-探測頭連接板； 51-夾持桿； 52-夾持端；

53-手持端； 54-過孔； 55-密封橡膠層；

56-彈簧； 57-彈片。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。

圖1為本發(fā)明一個實施例提供的自由落體物理實驗儀的結(jié)構示意圖；圖6為本發(fā)明一個實施例提供的定位計時器的電路連接結(jié)構示意圖。

首先，如圖1和圖6所示，本實施例提供的一種自由落體物理實驗儀，包括主立板1、真空罩2、真空泵、罩頂21和底板22；

所述真空罩2密封設置在所述主立板1的一側(cè)，所述底板22密封設置在所述真空罩2的底端，所述罩頂21可拆卸的密封安裝在所述真空罩2的頂端；

所述主立板1上設置有與所述真空罩2的內(nèi)腔貫通的密封機構3，所述真空泵通過所述密封機構3與所述真空罩2的內(nèi)腔連通；

所述主立板1或\和所述真空罩2的內(nèi)側(cè)設置有定位計時器，并且所述罩頂21設置有夾持機構，用于夾持重力塊0；

其中，所述定位計時器包括顯示器41、控制器42、第一探測頭43、第二探測頭44和探測頭連接板45；

所述第一探測頭43和所述第二探測頭44固定在所述探測頭連接板45的兩端，并且所述第一探測頭43和所述第二探測頭44與所述控制器42電連接，所述控制器42與所述顯示器41電連接；

其中，所述夾持機構包括至少兩個夾持桿51，多個所述夾持桿51的中部相互活動連接，并通過該活動連接點將所述夾持桿51分為夾持端52與手持端53；

所述罩頂21上設置有過孔54，多個所述夾持桿51穿過所述過孔54，所述夾持端52位于所述真空罩2內(nèi)，所述手持端53位于所述真空罩2外，并且所述過孔54與所述夾持桿51之間還填充有密封橡膠層55。

在具體的實施例中，在物理課程的教學中，可以先通過上述自由落體物理實驗儀中的夾持機構將待進行自由落體試驗的重力塊0夾持住，當重力塊0夾持穩(wěn)固后，再將帶有該夾持機構的整個罩頂21密封的安裝在所述真空罩2的頂端。

由于所述真空罩2的內(nèi)腔此時已經(jīng)形成密封空間，所以此時便可以通過密封機構3將所述真空泵連通至真空罩2的內(nèi)腔，通過真空泵將真空罩2的內(nèi)腔抽成真空狀態(tài)，試驗的準備工作就做好了。

這時，真空罩2的內(nèi)腔已經(jīng)形成了真空狀態(tài)，在這種環(huán)境下，我們做的是真空環(huán)境的自由落體試驗，學生或老師可以通過操作夾持機構的手持端53，使夾持機構的夾持端52松開，將重力塊0釋放后自由降落，在重力塊0的自由落體過程中，所述定位計時器的第一探測頭43和第二探測頭44會對重力塊0進行探測，當重力塊0經(jīng)過所述第一探測頭43和第二探測頭44的過程中，所述第一探測頭43和第二探測頭44會對重力塊0的下落的距離和時間進行記錄，并形成數(shù)據(jù)顯示在所述顯示器41上，方便同學及老師觀測。

通過這種自由落體物理實驗儀可以自由選擇實施自由落體試驗時的環(huán)境狀態(tài)，例如上述所述的是在真空狀態(tài)下進行的自由落體試驗，如果將所述真空罩2內(nèi)充滿空氣或者其他氣體或任意阻礙物，便可以控制重力塊0在下落過程中所受到的阻力，進行多條件下的對比試驗，并且，由于所述罩頂21為可拆卸的密封安裝，所以也便于更換不同的重力塊0，不僅僅限于球形，還可以替換成其他形狀、材質(zhì)甚至任何物體，進行自由落體的試驗，在實驗的過程中，老師和通過可以通過替換重力塊0以及環(huán)境條件，多維的進行試驗，形成直觀的對比效果，結(jié)構簡單，操作方便，試驗精度高。

圖2為本發(fā)明一個實施例提供的自由落體物理實驗儀的局部示意圖；圖3為圖2所示的自由落體物理實驗儀的側(cè)視圖。

如圖2和圖3所示，進一步的，所述密封機構3包括設置在主立板1上的密封孔31以及設置在所述主立板1夾層內(nèi)的密封蓋32；

其中，所述密封蓋32的一端活動連接在所述主立板1的夾層內(nèi)，可沿該活動連接點轉(zhuǎn)動，露出或蓋住所述密封孔31。

這種結(jié)構可以方便快捷的打開密封孔31，使真空罩2的內(nèi)腔與外界連通或不連通，學生和老師在操作的時候，只需要撥動密封蓋32，就可以快速的打開或關閉密封孔31。

繼續(xù)參考圖2，進一步的，所述夾層內(nèi)設置有密封圈33，所述密封圈33位于所述夾層內(nèi)且與所述密封孔31對應；

當所述密封蓋32蓋住所述密封孔31時，所述密封圈33抵在所述密封蓋32的兩側(cè)。

通過設置了密封圈33，便可以進一步的提高真空罩2內(nèi)腔的密封效果，提高實驗的精度。

繼續(xù)參考圖2和圖3，進一步的，所述主立板1的外壁上設置有貫通所述主立板1夾層的調(diào)節(jié)孔34；

所述調(diào)節(jié)孔34內(nèi)穿入有與所述密封蓋32連接的調(diào)節(jié)臂35，用于調(diào)整所述密封蓋32與所述密封孔31之間的開啟或閉合。

通過設置了調(diào)節(jié)孔34和調(diào)節(jié)臂35，可以進一步的優(yōu)化撥動密封蓋32的操作，使用起來更加的方便，只需要撥動調(diào)節(jié)臂35就可以調(diào)整密封孔31的開啟和關閉。

圖4為本發(fā)明一個實施例提供的夾持機構的結(jié)構示意圖；圖5為本發(fā)明另一個實施例提供的夾持機構的結(jié)構示意圖。

如圖4和圖5所示，所述夾持端52或所述手持端53設置有連接相鄰所述夾持桿51的彈性件，用于使所述夾持桿51的夾持端52彈性收縮。

通過在夾持桿51之間加設有彈性件，便可以使夾持機構的夾持端52自形成收縮夾持的效果，方便了學生實驗的操作。

繼續(xù)參考圖4和圖5，其中，所述夾持端52或所述手持端53設置有連接相鄰所述夾持桿51的彈性件包括：

如圖4，在一個實施例中，所述夾持端52設置有多個彈簧56，多個所述彈簧56連接在相鄰的所述夾持桿51之間。這樣夾持桿51的夾持端52就會通過彈簧的彈性形成收縮的效果，提供動力夾持重力塊0。

如圖5，在另一個實施例中，所述手持端53設置有多個彈片57，多個所述彈片57支撐在相鄰的所述夾持桿51之間。這樣夾持桿51的手持端53就會通過彈片57形成外擴的效果，由于多個所述夾持桿51的中部是活動連接的，而所述手持端53外擴，自然就會使夾持端52收縮，提供夾持重力塊0的動力。

進一步的，所述夾持桿51的夾持端52設置有倒刺或磨砂面。倒刺或磨砂面都會增大摩擦力，提高夾持重力塊0的穩(wěn)定性。

進一步的，所述真空罩2為圓筒型，且所述罩頂21為與所述真空罩2的形狀相適配的圓形；

所述罩頂21與所述真空罩2相螺紋旋合連接。

設計成圓形，并通過螺紋旋合的方式連接，更加方便拆卸，而且密封性和牢固性也會增強。

進一步的，所述底板22上設置有緩沖層。適用于重力塊0下落后對其進行緩沖的。

本發(fā)明還提供了一種物理實驗教學系統(tǒng)，包括所述自由落體物理實驗儀。

由于所述自由落體物理實驗儀的具體結(jié)構、功能原理以及技術效果已經(jīng)在前文詳細敘述，在此便不再贅述。

所以，任何有關于所述自由落體物理實驗儀的技術內(nèi)容，均可參考前文記載。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。