一种用于测量重力加速度的实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种教学实验装置，具体涉及一种教学用测量加速度的实验装置，属于物理教学中教具技术领域。

背景技术：

在中学物理教学中，对加速度知识的掌握是一项重要的教学目标，对重力加速度的测量也是中学物理实验的必修部分。现有的加速度实验装置一般通过落球法测重力加速度，原理简单，实验过程比较直观，现有技术中的实验装置一般在下落路径上仅设置两个光电门，实验时，测量一次下落距离和下落时间，然后，改变位于下方的光电门的位置，重复实验并记录，由于实验是分次进行，小钢球第二实验下落时到第一个光电门的速度与第一次并不完全相同，容易导致产生误差；另一方面使小球回落并固定到被倒置的玻璃管的顶部，然后再将玻璃管正立后进行实验，玻璃管需要来回倒置，导致放置时不容易使其严格竖直，容易出现小球撞到玻璃管内壁的情况，也导致实验出现误差，甚至是使实验失败，需要重新调整，以至于实验效率低下。

技术实现要素：

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种测量结果准确、使用方便、测量效率较高的用于测量重力加速度的实验装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种用于测量重力加速度的实验装置，包括玻璃管，所述玻璃管上端设置有出口，所述出口通过密封塞进行密封，密封塞上安装有电磁铁，所述玻璃管内的小钢球通过所述电磁铁吸附在所述玻璃管上端，所述电磁铁的电流输入端与主控制器电连接；所述玻璃管的外表面由上至下依次设置有第一激光光电门、第二激光光电门和第三激光光电门；所述第一激光光电门、第二激光光电门和第三激光光电门与支架固定连接，所述支架底部设置有底座，所述底座上设置有底座平面调节脚，所述第一激光光电门、第二激光光电门和第三激光光电门与主控制器双向电连接，所述主控制器上设置有第一时间记录模块和第二时间记录模块。

所述第一激光光电门包括第一连接座、第一水平线束激光器和第一阵列接收光电二极管，所述第一连接座固定在所述玻璃管和所述支架之间，所述第一水平线束激光器和所述第一阵列接收光电二极管设置在所述第一连接座上，并分别位于所述玻璃管两侧同一水平线上；所述第二激光光电门包括第二连接座、第二水平线束激光器和第二阵列接收光电二极管，所述第二连接座固定在所述玻璃管和所述支架之间，所述第二水平线束激光器和所述第二阵列接收光电二极管设置在所述第二连接座上，并分别位于所述玻璃管两侧同一水平线上；所述第三激光光电门包括第三连接座、第三水平线束激光器和第三阵列接收光电二极管，所述第三连接座固定在所述玻璃管和所述支架之间，所述第三水平线束激光器和所述第三阵列接收光电二极管设置在所述第三连接座上，并分别位于所述玻璃管两侧同一水平线上。

所述第一水平线束激光器、所述第二水平线束激光器和所述第三水平线束激光器的控制输入端与所述主控制器的输出端电连接，所述第一阵列接收光电二极管、所述第二阵列接收光电二极管和所述第三阵列接收光电二极管的信号输出端与所述主控制器的信号输入端电连接。

所述第一连接座、所述第二连接座和所述第三连接座为圆环形。

所述玻璃管内底部设置有缓冲垫。

所述玻璃管外部设置有铅锤装置。

所述玻璃管为有机玻璃制成。

所述密封塞上还设置有抽真空管，所述抽真空管与真空泵的抽气管连接。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、通过设置三个激光光电门和两个时间记录模块，可以一次完成实验数据的测量，不仅减小了系统误差，而且还提高了实验效率；

2、通过与激光光电门固定连接的支架对玻璃管进行固定，一方面使本实用新型的实验装置的结构更为稳定，另一方面，通过支架底部的底座平面调节脚可以对玻璃管的竖直度进行调节，使玻璃管可以调节到完全竖直，避免实验过程中小球撞击玻璃管的事故发生，提高了实验的成功率；

3、三个激光光电门均采用阵列接收光电二极管，大大增加了光电二极管接收范围，使该实验装置更容易调试，而且其反应速度也更为灵敏，进一步提高了实验的精度。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种用于测量重力加速度的实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型提出的一种用于测量重力加速度的实验装置的电路连接图。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例和附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，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作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。

如图1所示，本实用新型提出了一种用于测量重力加速度的实验装置，包括玻璃管1，所述玻璃管1上端设置有出口，所述出口通过密封塞2进行密封，密封塞上安装有电磁铁21，所述玻璃管内的小钢球3通过所述电磁铁3吸附在所述玻璃管1上端，所述电磁铁21的电流输入端与主控制器4电连接；所述玻璃管1的外表面由上至下依次设置有第一激光光电门5、第二激光光电门6和第三激光光电门7；所述第一激光光电门5、第二激光光电门6和第三激光光电门7与支架8固定连接，所述支架8底部设置有底座81，所述底座81上设置有底座平面调节脚82，所述玻璃管1的底部固定设置在底座8上，所述底座8上设置有底板平面调节脚81，所述第一激光光电门5、第二激光光电门6和第三激光光电门7与主控制器4双向电连接，所述主控制器4上设置有第一时间记录模块44和第二时间记录模块45。

进一步地，所述第一激光光电门5包括第一连接座51、第一水平线束激光器52和第一阵列接收光电二极管53，所述第一连接座51固定在所述玻璃管1和所述支架8之间，所述第一水平线束激光器52和所述第一阵列接收光电二极管53设置在所述第一连接座52上，并分别位于所述玻璃管1两侧同一水平线上；所述第二激光光电门6包括第二连接座61、第二水平线束激光器62和第二阵列接收光电二极管63，所述第二连接座61固定在所述玻璃管1和所述支架8之间，所述第二水平线束激光器62和所述第二阵列接收光电二极管63设置在所述第二连接座61上，并分别位于所述玻璃管1两侧同一水平线上；所述第三激光光电门7包括第三连接座71、第三水平线束激光器72和第三阵列接收光电二极管73，所述第三连接座71固定在所述玻璃管1和所述支架8之间，所述第三水平线束激光器72和所述第三阵列接收光电二极管73设置在所述第二连接座71上，并分别位于所述玻璃管1两侧同一水平线上。

进一步地，如图2所示，所述第一水平线束激光器52、所述第二水平线束激光器62和所述第三水平线束激光器72的控制输入端与所述主控制器4的输出端电连接，所述第一阵列接收光电二极管53、所述第二阵列接收光电二极管63和所述第三阵列接收光电二极管73的信号输出端与所述主控制器4的信号输入端电连接。

本实用新型的一种用于测量重力加速度的实验装置的工作过程如下：

(1)实验准备：实验开始前，通过控制器4上的电磁铁按钮41使电磁铁21通电产生磁性，将玻璃管1连同底座8一起倒置，玻璃管1内的小球3滑落到玻璃管1上端时被电磁铁21吸住，然后将玻璃管连同底座8一起正立放置到桌面上，通过底座8上的底板平面调节脚81调节玻璃管1使其成竖直状态；

(2)实验开始：通过控制器4上的开始按钮42，使电磁铁21失电失去磁性，小钢球做自由落体运动，同时，所述第一水平线束激光器52、所述第二水平线束激光器62和所述第三水平线束激光器72得电发光，当小钢球落到第一激光光电门5所在水平面时，第一阵列接收光电二极管53产生挡光信号，控制器4内的第一时间记录模块和第二时间记录模块均开始计时；当小钢球落到第二激光光电门6所在水平面时，第二阵列接收光电二极管63产生挡光信号，控制器4内的第一时间记录模块结束计时，当小钢球落到第三激光光电门7所在水平面时，第三阵列接收光电二极管73产生挡光信号，控制器4内的第二时间记录模块结束计时，同时，第一时间记录模块和第二时间记录模块将记录得到的时间t1和t2显示在显示屏43上。

(3)计算：通过标尺测量出第一光电门的中心和第二光电门的中心的距离h₁，以及第一光电门的中心和第三光电门的中心的距离h₂，则根据

可以得到，

因此，本实用新型的一种用于测量重力加速度的实验装置，可以一次实验即测出重力加速度的值，不用多次倒置玻璃管使小球回到顶部，也不需要移动光电门的位置，实验效率高；并且，由于一次实验可以测出两组时间数据，一方面避免了两次实验的计时初始时间小球速度不一样导致的实验误差，另一方面，由于小球下落一段时间才开始计时，也避免了电磁铁断电后的剩磁对小球速度的影响，因此减小了系统误差，使实验结果更为准确。

进一步地，所述第一连接座51、所述第二连接座62和所述第三连接座63可以为圆环形，通过螺栓固定套设在所述玻璃管上。

进一步地，所述玻璃管1内底部设置有缓冲垫11，可以避免小球对玻璃管的强烈撞击。

进一步地，所述玻璃管外部可以设置有铅锤装置，铅锤装置用于在调节底座时观察玻璃管1的竖直状况，以免实验过程中，小钢球下落时撞击到玻璃管1的内壁导致实验失败。

进一步地，所述玻璃管为有机玻璃制成。

进一步地，所述密封塞上还可以设置抽真空管22，所述抽真空管22与真空泵的抽气管连接，用于对玻璃管1内的真空度进行调节。

上面结合附图对本实用新型的实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。