一種自由落體演示器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種自由落體演示器，包括凸輪頂升裝置、下落高度指示裝置和時(shí)間表示裝置，在凸輪頂升裝置作用下，下落高度指示裝置得到的數(shù)值與時(shí)間表示裝置得到的數(shù)值符合自由落體公式，通過轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪，可使學(xué)生清晰的觀察到自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)本自由落體演示器克服了傳統(tǒng)自由落體實(shí)驗(yàn)器材必須通電的弊端，安全系數(shù)更高，成本更低，便于推廣應(yīng)用。
【專利說明】
一種自由落體演示器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)教具，具體的講是一種自由落體演示器。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有物理課教學(xué)中，重力加速度實(shí)驗(yàn)大部分都是通過電火花放電記錄自由落體物 體的運(yùn)動(dòng)軌跡，但是由于物體下落速度太快，不利于學(xué)生具體觀察自由落體物體的運(yùn)動(dòng)特 點(diǎn)，而且實(shí)驗(yàn)過程中要用到脈沖發(fā)生器和感應(yīng)圈，會(huì)產(chǎn)生脈沖高壓，存在安全隱患。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種自由落體演示器，可以根據(jù)需要放慢 物體自由落體過程，便于學(xué)生觀察自由落體規(guī)律，同時(shí)通過完全采用機(jī)械結(jié)構(gòu)演示自由落 體，避免了電流對實(shí)驗(yàn)者造成的傷害。
[0004] 本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種自由落體演示器，包括凸輪 頂升裝置、下落高度指示裝置和時(shí)間表示裝置，所述凸輪頂升裝置包括漸開線凸輪、傳動(dòng) 軸、旋轉(zhuǎn)搖手和殼體，所述旋轉(zhuǎn)搖手、漸開線凸輪分別固定連接在傳動(dòng)軸上，所述漸開線凸 輪方向?yàn)樨Q直，所述漸開線凸輪位于殼體內(nèi)部，所述旋轉(zhuǎn)搖手位于殼體外部，所述旋轉(zhuǎn)搖手 通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)漸開線凸輪繞傳動(dòng)軸軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述下落高度指示裝置包括漸開線凸輪正 上方沿豎直方向放置的標(biāo)尺和推桿，推桿頂端設(shè)置有指示標(biāo)尺刻度的標(biāo)記，所述標(biāo)尺固定 不動(dòng)，所述推桿下端與漸開線凸輪的外緣接觸，所述殼體頂部設(shè)置有與推桿對應(yīng)的通孔，所 述通孔與推桿滑動(dòng)連接，所述通孔和漸開線凸輪將推桿限制為僅能沿豎直方向做直線運(yùn) 動(dòng)，所述時(shí)間表示裝置包括殼體上設(shè)置的圓盤刻度與旋轉(zhuǎn)搖手上設(shè)置的指向圓盤刻度的標(biāo) 記線，所述圓盤刻度位于殼體靠近旋轉(zhuǎn)搖手的面上，且圓盤刻度的圓心位于傳動(dòng)軸的軸線 上。
[0005] 為了演示自由落體運(yùn)動(dòng)軌跡，凸輪外緣半徑R取值
，其中r表示凸輪基圓半 徑，因?yàn)樽杂陕潴w公式
·，圓盤刻度t取值根據(jù)標(biāo)尺長度確定，k取值參照公式
[0006] 演示自由落體時(shí)，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)搖手，即可觀察自由落體的特點(diǎn)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)把 手，記錄旋轉(zhuǎn)把手上指示線指示的時(shí)間和推桿頂端對應(yīng)的刻度，計(jì)算出重力加速度，也可使 旋轉(zhuǎn)把手連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)相同角度，記錄對應(yīng)的時(shí)間和推桿頂端掃過的距離，觀察自由落體特點(diǎn)。
[0007] 本實(shí)用新型的有益效果是:在凸輪頂升裝置作用下，下落高度指示裝置得到的數(shù) 值與時(shí)間表示裝置得到的數(shù)值符合自由落體公式，通過轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪，可使學(xué)生清晰的觀察到 自由落體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，同時(shí)本自由落體演示器克服了傳統(tǒng)自由落體實(shí)驗(yàn)器材必須通電的弊 端，安全系數(shù)更高，成本更低，便于推廣應(yīng)用。
[0008] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。
[0009] 進(jìn)一步，所述漸開線凸輪外緣上設(shè)置有沿漸開線延伸的凹槽，所述凹槽的兩端封 閉，所述推桿下端與凹槽底面接觸，該結(jié)構(gòu)可有效防止轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)搖手時(shí)推桿滑脫出漸開線 凸輪。
[0010] 進(jìn)一步，所述自由落體演示器還包括使推桿下端與漸開線凸輪始終接觸的保持裝 置，所述保持裝置包括擋板和彈簧，所述擋板固定連接在推桿位于殼體內(nèi)部的區(qū)段上，所述 彈簧的兩端分別固定連接到殼體頂部內(nèi)壁和擋板上，所述彈簧始終處于壓縮狀態(tài)，該保持 裝置始終對推桿施加指向凸輪的作用力，在演示自由落體時(shí)，可推動(dòng)推桿緊貼凸輪運(yùn)動(dòng)，保 證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。
[0011] 進(jìn)一步，所述彈簧的數(shù)量為雙數(shù)，且關(guān)于推桿對稱分布，該結(jié)構(gòu)既能保證保持裝置 的可靠性，又能增加保持裝置運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性。
【附圖說明】
[0012] 圖1為自由落體演示器的示意圖；
[0013] 圖2為自由落體演示器的左視圖；
[0014] 圖3為凸輪的主視圖。
[0015] 附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：
[0016] 1、推桿，101、擋板，2、標(biāo)尺，3、通孔，4、彈簧，5、凸輪，501、凹槽，6、殼體，601、圓盤 刻度，7、旋轉(zhuǎn)搖手，701、標(biāo)記線，8、傳動(dòng)軸。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用 新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。
[0018] 如圖所示，本實(shí)用新型所述的自由落體演示器包括凸輪頂升裝置、下落高度指示 裝置和時(shí)間表示裝置，所述凸輪頂升裝置包括漸開線凸輪5、傳動(dòng)軸8、旋轉(zhuǎn)搖手7和殼體6， 所述旋轉(zhuǎn)搖手7、漸開線凸輪5分別固定連接在傳動(dòng)軸8上，所述漸開線凸輪5方向?yàn)樨Q直，所 述漸開線凸輪5位于殼體6內(nèi)部，所述旋轉(zhuǎn)搖手7位于殼體6外部，所述旋轉(zhuǎn)搖手7通過傳動(dòng)軸 8帶動(dòng)漸開線凸輪5繞傳動(dòng)軸8軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，所述下落高度指示裝置包括漸開線凸輪5正上方沿 豎直方向放置的標(biāo)尺2和推桿1，推桿1頂端設(shè)置有指示標(biāo)尺2刻度的標(biāo)記，所述標(biāo)尺2固定不 動(dòng)，所述推桿1的下端與漸開線凸輪5的外緣接觸，所述殼體6的頂端設(shè)置有與推桿1對應(yīng)的 通孔3,所述通孔3與推桿1滑動(dòng)連接，所述通孔3和漸開線凸輪5將推桿1限制為僅能沿豎直 方向做直線運(yùn)動(dòng)，所述時(shí)間表示裝置包括殼體6上設(shè)置的圓盤刻度601與旋轉(zhuǎn)搖手7上設(shè)置 的指向圓盤刻度601的標(biāo)記線701，所述圓盤刻度601位于殼體6靠近旋轉(zhuǎn)搖手7的面上，且所 述圓盤刻度601的圓心位于傳動(dòng)軸8的軸線上。
[0019] 進(jìn)一步，所述漸開線凸輪5外緣上設(shè)置有沿漸開線延伸的凹槽501，所述凹槽501的 兩端封閉。
[0020] 進(jìn)一步，所述自由落體演示器還包括使推桿1的下端與漸開線凸輪5始終接觸的保 持裝置，所述保持裝置包括擋板101和彈簧4,所述擋板101固定連接在推桿1位于殼體6內(nèi)部 的區(qū)段上，所述彈簧4的兩端分別固定連接到殼體6的頂部內(nèi)壁和擋板101上。
[0021] 進(jìn)一步，所述彈簧4的數(shù)量為雙數(shù)，且關(guān)于推桿1對稱分布。
[0022]在本實(shí)用新型中，圓盤刻度601沿圓周等分成100份，標(biāo)尺1尺寸為20cm，由公式 推出t最大取值為0.2s，圓盤刻度601上每相鄰兩刻度線之間代表時(shí)間〃 Δ t = 〃0.2 +
100 = 2Χ10_3，
Θ最大值取2π，，取θ = 〇時(shí)，推桿1頂端的標(biāo) 記對應(yīng)標(biāo)尺2上的刻度為0。
[0023] 在課堂演示自由落體實(shí)驗(yàn)時(shí)，只需勻速緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)搖手7即可讓學(xué)生清晰地看 到自由落體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)搖手7轉(zhuǎn)動(dòng)到任意位置停止，記錄下標(biāo)記線701指示的圓盤刻 度601上對應(yīng)的時(shí)間值to和推桿1頂端標(biāo)記對應(yīng)的標(biāo)尺2上的刻度ho,讓學(xué)生計(jì)算重力加速 度。
[0024] 以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用 新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種自由落體演示器，其特征在于，包括凸輪頂升裝置、下落高度指示裝置和時(shí)間表 示裝置； 所述凸輪頂升裝置包括漸開線凸輪(5)、傳動(dòng)軸(8)、旋轉(zhuǎn)搖手(7)和殼體(6)，所述旋轉(zhuǎn) 搖手(7)、漸開線凸輪(5)分別固定連接在傳動(dòng)軸(8)上，所述漸開線凸輪(5)方向?yàn)樨Q直，所 述漸開線凸輪(5)位于殼體(6)內(nèi)部，所述旋轉(zhuǎn)搖手(7)位于殼體(6)外部，所述旋轉(zhuǎn)搖手(7) 通過傳動(dòng)軸(8)帶動(dòng)漸開線凸輪(5)繞傳動(dòng)軸(8)的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述下落高度指示裝置包括豎直放置的標(biāo)尺(2)和對應(yīng)的推桿（1)，所述推桿（1)頂端 設(shè)置有指示標(biāo)尺(2)刻度的標(biāo)記，所述標(biāo)尺(2)固定放置在漸開線凸輪(5)的正上方，所述推 桿(1)的下端與漸開線凸輪(5)的外緣接觸，所述殼體(6)的頂部設(shè)置有與推桿(1)對應(yīng)的通 孔(3)，所述通孔(3)與推桿（1)滑動(dòng)連接，所述通孔(3)和漸開線凸輪(5)將推桿（1)限制為 僅能沿豎直方向做直線運(yùn)動(dòng)； 所述時(shí)間表示裝置包括殼體(6)側(cè)壁上設(shè)置的圓盤刻度(601)和旋轉(zhuǎn)搖手(7)上設(shè)置的 指向圓盤刻度(601)的標(biāo)記線(701)，所述圓盤刻度(601)的圓心位于傳動(dòng)軸⑶的軸線上。2. 如權(quán)利要求1所述的自由落體演示器，其特征在于，所述漸開線凸輪(5)外緣上設(shè)置 有沿漸開線外緣延伸的凹槽(501)，所述凹槽(501)的兩端封閉，所述推桿（1)的下端與凹槽 (501)的底面接觸。3. 如權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的自由落體演示器，其特征在于，所述自由落體演示器 還包括使推桿(1)的下端與漸開線凸輪(5)的外緣始終接觸的保持裝置，所述保持裝置包括 擋板（101)和彈簧(4)，所述擋板（101)固定連接在推桿（1)位于殼體(6)內(nèi)部的區(qū)段上，所述 彈簧(4)的兩端分別固定連接到殼體(6)的頂端內(nèi)壁和擋板(101)上。4. 如權(quán)利要求3所述的自由落體演示器，其特征在于，所述彈簧(4)的數(shù)量為雙數(shù)，且關(guān) 于推桿(1)對稱分布。
【文檔編號(hào)】G09B23/10GK205645040SQ201620142511
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年2月25日
【發(fā)明人】付儀雯
【申請人】付儀雯