一种自由落体物理实验仪以及物理实验教学系统的制作方法

本发明涉及物理实验仪器技术领域，尤其是涉及一种自由落体物理实验仪以及物理实验教学系统。

背景技术：

不受任何阻力，物体只在重力作用下而降落的运动，叫“自由落体”。如在地球引力作用下由静止状态开始下落的物体，地球表面附近的上空可看作是恒定的重力场，如不考虑大气阻力，在该区域内的自由落体运动是匀加速直线运动，其加速度恒等于重力加速度g。虽然地球的引力和物体到地球中心距离的平方成反比，但地球的半径远大于自由落体所经过的路程，所以引力在地面附近可看作是不变的，自由落体的加速度即是一个不变的常量，它是初速为零的匀加速直线运动。

测量重力加速度是物理实验中的一个基本项目，有很多种方法可以测得重力加速度，而落体法测重力加速度是所有方法中最直接而又简单的方法，可以作为物理实验课中的一个实验项目，但是，目前在物理实验课中，实施这个实验项目的时候，基本都是通过增大落体物的重量或缩小落体物的体积而减小阻力，事实上，这也会对试验的数据造成一定程度的影响，并且不能够直观的向学生展示在真空或具有空气阻力两种情况下自由落体运动的区别。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自由落体物理实验仪以及物理实验教学系统，以解决现有技术中存在的不能够直观的向学生展示自由落体运动的技术问题。

本发明提供的一种自由落体物理实验仪，包括主立板、真空罩、真空泵、罩顶和底板；

所述真空罩密封设置在所述主立板的一侧，所述底板密封设置在所述真空罩的底端，所述罩顶可拆卸的密封安装在所述真空罩的顶端；

所述主立板上设置有与所述真空罩的内腔贯通的密封机构，所述真空泵通过所述密封机构与所述真空罩的内腔连通；

所述主立板或\和所述真空罩的内侧设置有定位计时器，并且所述罩顶设置有夹持机构，用于夹持重力块；

其中，所述定位计时器包括显示器、控制器、第一探测头、第二探测头和探测头连接板；

所述第一探测头和所述第二探测头固定在所述探测头连接板的两端，并且所述第一探测头和所述第二探测头与所述控制器电连接，所述控制器与所述显示器电连接；

其中，所述夹持机构包括至少两个夹持杆，多个所述夹持杆的中部相互活动连接，并通过该活动连接点将所述夹持杆分为夹持端与手持端；

所述罩顶上设置有过孔，多个所述夹持杆穿过所述过孔，所述夹持端位于所述真空罩内，所述手持端位于所述真空罩外，并且所述过孔与所述夹持杆之间还填充有密封橡胶层。

进一步的，在本发明的实施例中，所述密封机构包括设置在主立板上的密封孔以及设置在所述主立板夹层内的密封盖；

其中，所述密封盖的一端活动连接在所述主立板的夹层内，可沿该活动连接点转动，露出或盖住所述密封孔。

进一步的，在本发明的实施例中，所述夹层内设置有密封圈，所述密封圈位于所述夹层内且与所述密封孔对应；

当所述密封盖盖住所述密封孔时，所述密封圈抵在所述密封盖的两侧。

进一步的，在本发明的实施例中，所述主立板的外壁上设置有贯通所述主立板夹层的调节孔；

所述调节孔内穿入有与所述密封盖连接的调节臂，用于调整所述密封盖与所述密封孔之间的开启或闭合。

进一步的，在本发明的实施例中，所述夹持端或所述手持端设置有连接相邻所述夹持杆的弹性件，用于使所述夹持杆的夹持端弹性收缩。

进一步的，在本发明的实施例中，所述夹持端或所述手持端设置有连接相邻所述夹持杆的弹性件包括：

所述夹持端设置有多个弹簧，多个所述弹簧连接在相邻的所述夹持杆之间；

或，

所述手持端设置有多个弹片，多个所述弹片支撑在相邻的所述夹持杆之间。

进一步的，在本发明的实施例中，所述夹持杆的夹持端设置有倒刺或磨砂面。

进一步的，在本发明的实施例中，所述真空罩为圆筒型，且所述罩顶为与所述真空罩的形状相适配的圆形；

所述罩顶与所述真空罩相螺纹旋合连接。

进一步的，在本发明的实施例中，所述底板上设置有缓冲层。

本发明还提供了一种物理实验教学系统，包括所述自由落体物理实验仪。

在上述技术方案中，在物理课程的教学中，可以先将进行自由落体试验的重力块通过所述夹持机构夹持住，然后密封的安装在所述真空罩的顶端，由于所述真空罩的内腔此时已经形成密封空间，所以再通过密封机构将所述真空泵连通至真空罩的内腔，将真空罩的内腔抽成真空状态，就可以进行试验了。当真空罩的内腔形成真空状态后，通过夹持机构将重力块自由降落，在重力块的自由落体过程中，所述定位计时器会通过第一探测头和第二探测头分别探测到重力块经过所述第一探测头和第二探测头的距离和时间，并形成数据显示在所述显示器上，方便同学及老师观测。

通过这种自由落体物理实验仪可以自由选择实施自由落体试验时的环境状态(即真空状态或非真空状态)，形成直观的对比效果，并且可以选择任意的测试物体，不限于重力块一种形式，所以试验的方式多种多样，结构简单，操作方便，试验精度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的自由落体物理实验仪的结构示意图；

图2为本发明一个实施例提供的自由落体物理实验仪的局部示意图；

图3为图2所示的自由落体物理实验仪的侧视图；

图4为本发明一个实施例提供的夹持机构的结构示意图；

图5为本发明另一个实施例提供的夹持机构的结构示意图；

图6为本发明一个实施例提供的定位计时器的电路连接结构示意图。

附图标记：

0-重力块； 1-主立板； 2-真空罩；

3-密封机构； 21-罩顶； 22-底板；

31-密封孔； 32-密封盖； 33-密封圈；

34-调节孔； 35-调节臂； 41-显示器；

42-控制器； 43-第一探测头； 44-第二探测头；

45-探测头连接板； 51-夹持杆； 52-夹持端；

53-手持端； 54-过孔； 55-密封橡胶层；

56-弹簧； 57-弹片。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明一个实施例提供的自由落体物理实验仪的结构示意图；图6为本发明一个实施例提供的定位计时器的电路连接结构示意图。

首先，如图1和图6所示，本实施例提供的一种自由落体物理实验仪，包括主立板1、真空罩2、真空泵、罩顶21和底板22；

所述真空罩2密封设置在所述主立板1的一侧，所述底板22密封设置在所述真空罩2的底端，所述罩顶21可拆卸的密封安装在所述真空罩2的顶端；

所述主立板1上设置有与所述真空罩2的内腔贯通的密封机构3，所述真空泵通过所述密封机构3与所述真空罩2的内腔连通；

所述主立板1或\和所述真空罩2的内侧设置有定位计时器，并且所述罩顶21设置有夹持机构，用于夹持重力块0；

其中，所述定位计时器包括显示器41、控制器42、第一探测头43、第二探测头44和探测头连接板45；

所述第一探测头43和所述第二探测头44固定在所述探测头连接板45的两端，并且所述第一探测头43和所述第二探测头44与所述控制器42电连接，所述控制器42与所述显示器41电连接；

其中，所述夹持机构包括至少两个夹持杆51，多个所述夹持杆51的中部相互活动连接，并通过该活动连接点将所述夹持杆51分为夹持端52与手持端53；

所述罩顶21上设置有过孔54，多个所述夹持杆51穿过所述过孔54，所述夹持端52位于所述真空罩2内，所述手持端53位于所述真空罩2外，并且所述过孔54与所述夹持杆51之间还填充有密封橡胶层55。

在具体的实施例中，在物理课程的教学中，可以先通过上述自由落体物理实验仪中的夹持机构将待进行自由落体试验的重力块0夹持住，当重力块0夹持稳固后，再将带有该夹持机构的整个罩顶21密封的安装在所述真空罩2的顶端。

由于所述真空罩2的内腔此时已经形成密封空间，所以此时便可以通过密封机构3将所述真空泵连通至真空罩2的内腔，通过真空泵将真空罩2的内腔抽成真空状态，试验的准备工作就做好了。

这时，真空罩2的内腔已经形成了真空状态，在这种环境下，我们做的是真空环境的自由落体试验，学生或老师可以通过操作夹持机构的手持端53，使夹持机构的夹持端52松开，将重力块0释放后自由降落，在重力块0的自由落体过程中，所述定位计时器的第一探测头43和第二探测头44会对重力块0进行探测，当重力块0经过所述第一探测头43和第二探测头44的过程中，所述第一探测头43和第二探测头44会对重力块0的下落的距离和时间进行记录，并形成数据显示在所述显示器41上，方便同学及老师观测。

通过这种自由落体物理实验仪可以自由选择实施自由落体试验时的环境状态，例如上述所述的是在真空状态下进行的自由落体试验，如果将所述真空罩2内充满空气或者其他气体或任意阻碍物，便可以控制重力块0在下落过程中所受到的阻力，进行多条件下的对比试验，并且，由于所述罩顶21为可拆卸的密封安装，所以也便于更换不同的重力块0，不仅仅限于球形，还可以替换成其他形状、材质甚至任何物体，进行自由落体的试验，在实验的过程中，老师和通过可以通过替换重力块0以及环境条件，多维的进行试验，形成直观的对比效果，结构简单，操作方便，试验精度高。

图2为本发明一个实施例提供的自由落体物理实验仪的局部示意图；图3为图2所示的自由落体物理实验仪的侧视图。

如图2和图3所示，进一步的，所述密封机构3包括设置在主立板1上的密封孔31以及设置在所述主立板1夹层内的密封盖32；

其中，所述密封盖32的一端活动连接在所述主立板1的夹层内，可沿该活动连接点转动，露出或盖住所述密封孔31。

这种结构可以方便快捷的打开密封孔31，使真空罩2的内腔与外界连通或不连通，学生和老师在操作的时候，只需要拨动密封盖32，就可以快速的打开或关闭密封孔31。

继续参考图2，进一步的，所述夹层内设置有密封圈33，所述密封圈33位于所述夹层内且与所述密封孔31对应；

当所述密封盖32盖住所述密封孔31时，所述密封圈33抵在所述密封盖32的两侧。

通过设置了密封圈33，便可以进一步的提高真空罩2内腔的密封效果，提高实验的精度。

继续参考图2和图3，进一步的，所述主立板1的外壁上设置有贯通所述主立板1夹层的调节孔34；

所述调节孔34内穿入有与所述密封盖32连接的调节臂35，用于调整所述密封盖32与所述密封孔31之间的开启或闭合。

通过设置了调节孔34和调节臂35，可以进一步的优化拨动密封盖32的操作，使用起来更加的方便，只需要拨动调节臂35就可以调整密封孔31的开启和关闭。

图4为本发明一个实施例提供的夹持机构的结构示意图；图5为本发明另一个实施例提供的夹持机构的结构示意图。

如图4和图5所示，所述夹持端52或所述手持端53设置有连接相邻所述夹持杆51的弹性件，用于使所述夹持杆51的夹持端52弹性收缩。

通过在夹持杆51之间加设有弹性件，便可以使夹持机构的夹持端52自形成收缩夹持的效果，方便了学生实验的操作。

继续参考图4和图5，其中，所述夹持端52或所述手持端53设置有连接相邻所述夹持杆51的弹性件包括：

如图4，在一个实施例中，所述夹持端52设置有多个弹簧56，多个所述弹簧56连接在相邻的所述夹持杆51之间。这样夹持杆51的夹持端52就会通过弹簧的弹性形成收缩的效果，提供动力夹持重力块0。

如图5，在另一个实施例中，所述手持端53设置有多个弹片57，多个所述弹片57支撑在相邻的所述夹持杆51之间。这样夹持杆51的手持端53就会通过弹片57形成外扩的效果，由于多个所述夹持杆51的中部是活动连接的，而所述手持端53外扩，自然就会使夹持端52收缩，提供夹持重力块0的动力。

进一步的，所述夹持杆51的夹持端52设置有倒刺或磨砂面。倒刺或磨砂面都会增大摩擦力，提高夹持重力块0的稳定性。

进一步的，所述真空罩2为圆筒型，且所述罩顶21为与所述真空罩2的形状相适配的圆形；

所述罩顶21与所述真空罩2相螺纹旋合连接。

设计成圆形，并通过螺纹旋合的方式连接，更加方便拆卸，而且密封性和牢固性也会增强。

进一步的，所述底板22上设置有缓冲层。适用于重力块0下落后对其进行缓冲的。

本发明还提供了一种物理实验教学系统，包括所述自由落体物理实验仪。

由于所述自由落体物理实验仪的具体结构、功能原理以及技术效果已经在前文详细叙述，在此便不再赘述。

所以，任何有关于所述自由落体物理实验仪的技术内容，均可参考前文记载。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。