一种物理加速度演示装置的制作方法

本实用新型涉及教学用具领域，具体是一种物理加速度演示装置。

背景技术：

物理是一门基础学科，我们学习物理知识的主要目的是用物理知识去解释生活中的各种现象，并运用物理知识去分析各种问题出现的原因，从而找出解决问题的方法与措施。在中学物理的学习过程中，速度、加速度、路程等数据是学习的重点内容，在以往的教学中，通常通过小车拖动纸条利用打点机打点的打点法来测定重力加速度的值，并通过在小车上增加重量或改变拖动小车的力来证明加速度与质量大小无关，这种方法直观，便于学生理解，但是桌面摩擦力、打点机的打点精度等都会对数值产生影响，测试结果往往误差加大。中国实用新型，专利号201621475008.4，专利名称为一种重力加速度实验教具，较好的解决了这个问题，在真空筒中放置金属球，在真空筒的顶端的上盖中心设开孔，开孔中设置铁棒，铁棒外侧绕设导线，导线的外侧与所述开孔的孔壁贴合设置，真空筒外侧设有检测光源及与检测光源相对应的接收器，接收器连接控制器，还包括电源，电源的一端连接单刀双掷开关的动端，单刀双掷开关的第一不动端连接导线，导线连接电源，单刀双掷开关第二不动端顺次与检测光源、接收器、控制器连接，控制器的另一端连接至电源的另一端。通过单刀双掷开关的第一不动端接通时，导线通电，铁棒带磁，吸附金属球，金属球处于初始状态，当单刀双掷开关的第二不动端接通时，检测光源、接收器和控制器工作，金属球落下，控制器获得接收器的断开时间，相邻接收器间的工作距离可调整可测量，可以计算出重力加速度的值。该发明的有点是最小程度的减小了摩擦力对计算结果的影响，便于学生了解重力加速度的实验方法并能获得更为精确的测量结果。但是，虽然其真空筒中铁棒与真空筒同轴，但如果其真空筒在放置后有略微的倾斜，则金属球在自由落体的下落途径会出现一定的倾斜，此时其检测光源可能会出现检测不到金属球的情况，或者检测光源检测到金属球的时间提前或滞后，影响检测结果；另外其真空筒内只有一个铁球，无法通过一次实验来展现出在自由落体运动中，重力加速度与质量无关的物理信息，如果通过摆设两个真空筒来展示，则有可能因真空筒内的真空状态不同或摆放不同位置桌面的平整度不同等原因，影响实验的效果，具有一定的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种物理加速度演示装置，能够尽量克服现有技术的不足，便于学生观察加速度实验展示，并便于学生理解质量与加速度无关的物理学知识。

本实用新型为了实现上述目的，采用以下技术方案实现：

一种物理加速度演示装置，包括透明真空筒，所述真空筒内活动放置有密度相同但尺寸不同的金属材质的第一实验块和第二实验块，所述真空筒的顶端设有与真空筒相适应的盖板，所述盖板的朝向真空筒的一侧设有与真空筒相适应的塞子，所述塞子的朝向真空筒的一侧设有挂绳，所述挂绳上设有第一检测光源，所述真空筒的底板上设有与第一检测光源相配合的第一接收器，所述塞子上设有第一置物孔和第二置物孔，所述第一置物孔与第一实验块相适应，所述第二置物孔与第二实验块相适应，所述第一置物孔内设有与第一置物孔相适应的第一电磁铁，所述第二置物孔内设有与第二置物孔相适应的第二电磁铁，所述真空筒的侧壁上对称设有若干第二检测光源和与第二检测光源相配合的第二接收器，所述真空筒外设有电源、第一控制开关和微处理器，所述电源与微处理器、第一检测光源、第一接收器串联连接，所述第一控制开关为单刀双掷开关，所述第一控制开关的不动端导线连接电源，所述第一控制开关的动端的一端导线连接第一电磁铁、第二电磁铁，所述第一电磁铁与第二电磁铁并联，所述第一控制开关的动端的另一端导线连接第二检测光源、第二接收器，所述微处理器导线连接第一电磁铁、第二电磁铁、第一检测光源、第一接收器、第二检测光源、第二接收器。。

所述真空筒的底板上设有两个凹槽，两个所述凹槽分别与第一置物孔和第二置物孔对称设置，所述凹槽内设有压力传感器，所述压力传感器导线连接微处理器。

所述真空筒的外侧壁上均匀设有若干支撑杆，所述支撑杆的底部设有调节螺栓，所述真空筒的外侧壁上设有水平仪。

所述真空筒的内侧壁上沿真空筒的侧壁竖直设有两个滑槽，两个所述滑槽分别位于靠近第一置物孔和第二置物孔的一侧，所述滑槽内设有防磨垫。

所述真空筒的外侧壁上设有摄影支架，所述摄影支架上设有高速摄影机。

对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

1、通过在真空筒内设置挂在挂绳下方的第一检测光源和与其配合的第一接收器，挂绳在重力作用下自然下垂，第一检测光源发射的信号被第一接收器接受到时，真空筒为垂直地面的状态，此时进行实验，可以尽量提高实验的准确性，在真空筒内设置密度相同大小不同的两个实验块，因为向处于相同的实验环境下，可以较好的通过实验说明重力加速度与质量无关的物理知识。

2、凹槽内压力传感器的设置，可以进一步帮助确定实验块在下落过程中，真空筒处于垂直地面状态，进而可以确定实验块是平行于真空筒的轴心方向垂直下落的，置物孔底端距离第二检测光源的距离为实验块的垂直状态自由落体的距离，帮可以帮助确定测算结果的准确性。

3、支撑杆与水平仪的设置，可以在实验前，通过水平仪观察真空筒是否处于垂直地面的状态，并通过调节支撑杆底部的调节螺栓，来调整真空筒使其垂直于地面，避免了桌面不平整等因素可能造成的真空筒倾斜，提高便利性。

4、配合置物孔的滑槽的设置，便于在实验结束后，倾斜真空筒，使实验块沿滑槽滑动，将实验块移动回置物孔内，减少金属实验块对真空筒的损伤，延长设备使用寿命。

5、摄影支架及高速摄影机的设置，便于拍摄实验过程，供给教师和学生在实验结束后观摩学习，并可以在一些临时不方便或者没有条件现场做实验的教学场合，播放给学生观看，提高教学效果。

附图说明

附图1是本实用新型结构示意图；

附图2是本实用新型电路图。

附图中标号：1、真空筒；2、第一实验块；3、第二实验块；4、盖板；5、塞子；6、挂绳；7、第一检测光源；8、第一接收器；9、第一置物孔；10、第二置物孔；11、第一电磁铁；12、第二电磁铁；13、第二检测光源；14、第二接收器；15、凹槽；16、压力传感器；17、支撑杆；18、调节螺栓；19、水平仪；20、滑槽；21、摄影支架。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲述的内容之后，本领域的技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围内。

本实用新型所述是一种物理加速度演示装置，包括透明真空筒1，透明的真空筒便于观察实验过程，真空筒在抽真空后，可以尽量减少实验块在下落过程中收到的空气阻力的影响，所述真空筒1内活动放置有密度相同但尺寸不同的金属材质的第一实验块2和第二实验块3，第一实验块与第二实验块密度相同但尺寸不同，质量不相同，是两个不同质量的实验块，所述真空筒1的顶端设有与真空筒1相适应的盖板4，盖板用于闭合真空筒，所述盖板4的朝向真空筒1的一侧设有与真空筒1相适应的塞子5，盖板与塞子也可以是一体结构的，所述塞子5的朝向真空筒1的一侧设有挂绳6，可以通过螺栓连接或胶接等方式实现，较佳的，挂绳设置在塞子底面的中部，避免挂绳可能的影响实验块的移动，所述挂绳6上设有第一检测光源7，第一检测光源挂在挂绳下方，在自身重力作用下自然下垂，所述真空筒1的底板上设有与第一检测光源7相配合的第一接收器8，可以通过胶接或螺栓连接等方式实现，接通电源后，第一检测光源发出信号被第一接收器接受到，可以得知此时真空筒处于垂直地面的状态，第二检测光源与第二接收器检测到的实验块的掉落距离为设定的检测距离，测试到的时间的准确度提高，提高实验数据的准确性，所述塞子5上设有第一置物孔9和第二置物孔10，所述第一置物孔9与第一实验块2相适应，第一实验块可以移入第一置物孔内，第一实验块的底面与第一置物孔的最底端平行，所述第二置物孔10与第二实验块3相适应，第二实验块可以移入第二置物孔内，第二实验块的底面与第二置物孔的最底端平行，第一实验块与第二实验块位于真空筒的高处时，两者的底端距离真空筒底板的距离相同，所述第一置物孔9内设有与第一置物孔9相适应的第一电磁铁11，第一电磁铁通电后，可以吸附第一实验块，所述第二置物孔10内设有与第二置物孔10相适应的第二电磁铁12，第二电磁铁通电后，可以吸附第二实验块，所述真空筒1的侧壁上对称设有若干第二检测光源13和与第二检测光源13相配合的第二接收器14，所述真空筒1外设有电源、第一控制开关和微处理器，所述电源与第一控制开关、微处理器导线连接，所述电源与微处理器、第一检测光源7、第一接收器8串联连接，所述第一控制开关为单刀双掷开关，所述第一控制开关的不动端导线连接电源，所述第一控制开关的动端的一端导线连接第一电磁铁11、第二电磁铁12，所述第一电磁铁11与第二电磁铁12并联，所述第一控制开关的动端的另一端导线连接第二检测光源13、第二接收器14，所述微处理器导线连接第一电磁铁11、第二电磁铁12、第一检测光源7、第一接收器8、第二检测光源13、第二接收器14，电源为微处理器、第一控制开关、第一电磁铁11、第二电磁铁12、第一检测光源7、第一接收器8、第二检测光源13、第二接收器14提供电源，第一电磁铁与第二电磁铁并联，当第一控制开关切换到第一电磁铁、第二电磁铁一端时，第一电磁铁与第二电磁铁都处于工作状态，两个实验块分别被吸附在真空筒的顶端，将第一控制开关切换到第二检测光源、第二接收器线路一端，两个电磁铁不工作失去磁力，实验块自由落体，同时第二检测光源与第二接收器启动并发送信号给微处理器，当第二检测光源与第二接收器检测到实验块下落的数据后传递给微处理器，微处理器以第二检测光源与第二接收器启动时间与检测到数据的时间的时间差，以实验块掉落时其底面距离第二检测光源的距离为测量距离，并进行计算，简单方便，第二检测光源和与其配合的第二接收器的位置可以调整，较佳的，将第二检测光源和与其配合的第二接收器设置在不同位置，分别采集两个实验块的实验数据，可以更为直观的证明加速度与质量的关系。还可以在第一电磁铁的远离第一控制开关的电流流出端与电源之间设置第二控制开关，可以单独对第一电磁铁进行控制，当第二控制开关断开时，第一电磁铁没有吸附功能，可以单独进行第二实验块的自由落体实验，两种实验方式，可以满足更多实验要求。

本实用新型在使用中，接通电源，将第一控制开关切换到第一电磁铁、第二电磁铁一端，电磁铁通电，产生吸附力，两个实验块分别被两个电磁铁吸附在真空筒的最高处，两个实验块的最下方位于同一水平线上，第一检测光源发出信号，被第一接收器接收到，判断此时真空筒位于垂直状态，将第一控制开关切换到第二检测光源与第二接收器一端，第一电磁铁、第二电磁铁失去磁力，实验块掉落，同时第二检测光源与第二接收器开始工作，并将数据发送给微处理器，当实验块掉落经过第二检测光源的工作区域时，第二检测光源的信号被切断，微处理器接收到信号，进行计算，得出重力加速度的值。

为了便于确定实验块的下落行程与真空筒轴心方向平行，所述真空筒1的底板上设有两个凹槽15，两个所述凹槽15分别与第一置物孔9和第二置物孔10对称设置，所述凹槽15内设有压力传感器16，所述压力传感器16导线连接微处理器，当实验块掉落同时击中压力传感器时，压力传感器发送信号给微处理器，可以帮助学生判断实验块是同时掉落至地面的，并可以进一步帮助确定实验块在下落过程中，真空筒始终处于垂直地面状态，进而可以确定实验块是平行于真空筒的轴心方向垂直下落的，置物孔底端距离第二检测光源的距离为实验块的垂直状态自由落体的距离，帮助确定测算结果的准确性，还可以在压力传感器上设置提醒灯，当压力传感器被触动时，灯光闪烁，可以更为直观的帮助确定两个实验块是同时掉落至地面的。

为了便于调整真空筒的垂直状态，所述真空筒1的外侧壁上均匀设有若干支撑杆17，所述支撑杆17的底部设有调节螺栓18，所述真空筒1的外侧壁上设有水平仪19，可以在实验前，通过水平仪观察真空筒是否处于垂直地面的状态，并通过调节支撑杆底部的调节螺栓，来调整真空筒使其垂直于地面，避免了桌面不平整等因素可能造成的真空筒倾斜，减少通过观测第一检测光源与第一接收器传递信号后，发现真空筒处于不垂直状态，再去反复调整真空筒的繁琐过程，提高便利性。

为了延长设备使用寿命，在下一次实验准备开始时，需要将实验块移动至真空筒的高处，金属材质的实验块在移动过程中可能会四处滑动对真空筒的内壁造成划伤，所述真空筒1的内侧壁上沿真空筒1的侧壁竖直设有两个滑槽20，两个所述滑槽20分别位于靠近第一置物孔9和第二置物孔10的一侧，所述滑槽20内设有防磨垫，便于在实验结束后，倾斜真空筒，使实验块沿滑槽滑动，将实验块移动回置物孔内，减少金属实验块对真空筒的损伤，延长设备使用寿命。

为了便于学生更清楚的观察自由落体过程及实验后观摩学习，所述真空筒1的外侧壁上设有摄影支架21，可以通过焊接或螺栓连接的方式设置到真空筒的侧壁或底端，所述摄影支架21上设有高速摄影机，高速摄影机为普通市售的可以以很高的频率记录一个动态的图像的高速摄影机，调整高速摄影机对实验块的自由落体进行拍摄，高速摄影机可以与微处理器连接，在实验块下落的同时启动拍摄，高速摄影机的设置便于将实验过程拍摄下来，供给教师和学生在实验结束后观摩学习，并可以在一些临时不方便或者没有条件现场做实验的教学场合，播放给学生观看，提高教学效果。

实施例：

一种物理加速度演示装置，包括透明真空筒1，所述真空筒1内活动放置有密度相同但尺寸不同的金属材质的第一实验块2和第二实验块3，第一实验块与第二实验块密度是两个不同质量的实验块，所述真空筒1的顶端设有与真空筒1相适应的盖板4所述盖板4的朝向真空筒1的一侧设有与真空筒1相适应的塞子5，盖板与塞子是一体结构的，所述塞子5的朝向真空筒1的一侧设有挂绳6，可以通过螺栓连接或胶接等方式实现，挂绳设置在塞子底面的中部，所述挂绳6上设有第一检测光源7，第一检测光源挂在挂绳下方，所述真空筒1的底板上设有与第一检测光源7相配合的第一接收器8，可以通过胶接或螺栓连接等方式实现，所述塞子5上设有第一置物孔9和第二置物孔10，所述第一置物孔9与第一实验块2相适应，第一实验块可以移入第一置物孔内，所述第二置物孔10与第二实验块3相适应，第二实验块可以移入第二置物孔内，所述第一置物孔9内设有与第一置物孔9相适应的第一电磁铁11，所述第二置物孔10内设有与第二置物孔10相适应的第二电磁铁12，所述真空筒1的侧壁上对称设有若干第二检测光源13和与第二检测光源13相配合的第二接收器14，所述真空筒1外设有电源、第一控制开关和微处理器，所述电源与第一控制开关、微处理器导线连接，所述电源与微处理器、第一检测光源7、第一接收器8串联连接，所述第一控制开关为单刀双掷开关，所述第一控制开关的不动端导线连接电源，所述第一控制开关的动端的一端导线连接第一电磁铁11、第二电磁铁12，所述第一电磁铁11与第二电磁铁12并联，所述第一控制开关的动端的另一端导线连接第二检测光源13、第二接收器14，所述微处理器导线连接第一电磁铁11、第二电磁铁12、第一检测光源7、第一接收器8、第二检测光源13、第二接收器14，电源为微处理器、第一控制开关、第一电磁铁11、第二电磁铁12、第一检测光源7、第一接收器8、第二检测光源13、第二接收器14提供电源，在第一电磁铁的远离第一控制开关的电流流出端与电源之间设置第二控制开关，可以单独对第一电磁铁进行控制，第二控制开关与微处理器连接，将第二检测光源和与其配合的第二接收器设置在不同位置，分别采集两个实验块的实验数据，所述真空筒1的底板上设有两个凹槽15，两个所述凹槽15分别与第一置物孔9和第二置物孔10对称设置，所述凹槽15内设有压力传感器16，所述压力传感器16导线连接微处理器，所述真空筒1的外侧壁上均匀设有四个支撑杆17，所述支撑杆17的底部设有调节螺栓18，所述真空筒1的外侧壁上设有水平仪19，所述真空筒1的内侧壁上沿真空筒1的侧壁竖直设有两个滑槽20，两个所述滑槽20分别位于靠近第一置物孔9和第二置物孔10的一侧，所述滑槽20内设有防磨垫，所述真空筒1的外侧壁上设有摄影支架21，可以通过焊接或螺栓连接的方式设置到真空筒的侧壁或底端，所述摄影支架21上设有高速摄影机，高速摄影机可以与微处理器连接。