一种重力实验模拟装置的制作方法

本实用新型属于物理实验设备技术领域，具体地说，尤其涉及一种重力实验模拟装置。

背景技术：

物理学是自然学科中最基础的学科之一，其相对其它学科来说比较抽象复杂，所以在物理教学过程中需要进行大量的演示实验来进行辅助教学。对于刚刚接触物理学的学生来说重力是基础课程，所以有必要通过重力实验模拟装置来强化教学效果，但是市面上现有的重力实验用具，功能较为单一，操作繁琐，实验误差较大，而且演示过程不够直观明了，教学辅助效果较差，满足不了重力教学的实验要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、操作方便、测量精准、直观明了的重力实验模拟装置，使用该装置可较好的辅助学生学习和了解重力知识。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种重力实验模拟装置，包括长方体形的实验箱、用以提供电能的电源、设于实验箱上部用以处理数据的控制器、设于实验箱上部用以与用户交互的触摸显示屏；所述实验箱内设有竖直且不透光的隔板，所述隔板将实验箱的内腔左右分隔为实验腔Ⅰ、实验腔Ⅱ；所述实验腔Ⅰ、实验腔Ⅱ的顶部均设有圆柱形的电磁铁，所述左右两电磁铁的下端可分别吸附有与其同轴的圆柱形的重块Ⅰ、重块Ⅱ，所述重块Ⅰ与重块Ⅱ厚度相等，半径不同；所述实验箱的左右两内壁上分别沿上下方向设有若干个光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ，所述光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ的检测方向分别与重块Ⅰ、重块Ⅱ的轴线垂直相交，所述光电传感器Ⅰ与光电传感器Ⅱ左右相对且上下位置一一对应；所述实验箱左右两侧上部均设有用以放置重块的进口，所述实验箱左右两侧下部均设有用以取出重块的出口；所述电磁铁、触摸显示屏、光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ均与控制器控制连接，所述控制器、电磁铁、触摸显示屏、光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ均与电源电连接。

进一步地，所述进口、出口上均设有可拆卸的密封盖，所述实验箱左右两侧分别设有用以抽实验腔Ⅰ、实验腔Ⅱ真空的真空泵。

进一步地，所述隔板的左右两侧面均可反射光线，所述光电传感器Ⅰ、光电传感器Ⅱ均为镜面反射型光电传感器。

进一步地，所述实验箱由透明的有机玻璃制成。

进一步地，所述实验腔Ⅰ、实验腔Ⅱ的底部均设有缓冲垫。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型利用电磁铁、光电传感器、控制微机来分别实现对重物自由落体的下放、计时和计算，整体结构简单，自动化程度较高，操作使用方便，测量误差较小；本实用新型可同时进行两组重力实验，可更加直观明了的演示不同实验因素的影响作用，可较好的辅助学生学习和了解重力知识。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1中H处的局部放大图。

图中：1、实验箱；2、缓冲垫；3、出口；4、密封盖；5、实验腔Ⅰ；6、真空泵；7、光电传感器Ⅰ；8、进口；9、重块Ⅰ；10、电磁铁；11、控制器；12、触摸显示屏；13、重块Ⅱ；14、光电传感器Ⅱ；15、实验腔Ⅱ；16、隔板；17、定位凸台；18、定位凹槽。

具体实施方式

为了便于本领域人员更好地理解本实用新型，下面通过具体实施例并结合附图对本实用新型作进一步说明。

在本文中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”都是为参照附图便于描述而使用的，并不限制本实用新型的保护范围。

如图1、图2所示，一种重力实验模拟装置，包括长方体形的实验箱1，实验箱1由透明的有机玻璃制成。在实验箱1的中部固定有一竖直的隔板16，隔板16分别与实验箱1内腔的顶面、底面、前面、后面垂直交接，因此隔板16可将实验箱1的内腔左右分隔为形状相同，体积相等，相互隔绝的两部分，分别为实验腔Ⅰ5、实验腔Ⅱ15。隔板16由不透光的金属制成，并将其左右两面电镀成可反光的镜面。在实验腔Ⅰ5、实验腔Ⅱ15的顶面中心均安装有一圆柱形的电磁铁10。在实验箱1内腔的左右两壁面上分别沿上下方向等距地安装有4个光电传感器Ⅰ7、4个光电传感器Ⅱ14，两组传感器左右相对且上下位置一一对应。光电传感器Ⅰ7、光电传感器Ⅱ14均为镜面反射型光电传感器，两组传感器发射的检测光线分别与左右两实验腔内的电磁铁10的轴线垂直相交，且均与隔板16垂直。在实验箱1的上部放置有用以处理数据的控制器11和用以与用户交互的触摸显示屏12，控制器11、电磁铁10、触摸显示屏12、光电传感器Ⅰ7、光电传感器Ⅱ14均与电源电连接，电磁铁10、触摸显示屏12、光电传感器Ⅰ7、光电传感器Ⅱ14均与控制器11控制连接。在实验腔Ⅰ5、实验腔Ⅱ15内分别置有铁质的重块Ⅰ9和重块Ⅱ13，两个重块均为圆柱形，且二者厚度相等，重块Ⅱ13的半径大于重块Ⅰ9的半径。当电磁铁10得电时，重块Ⅰ9和重块Ⅱ13可分别固定于左右两实验腔内的电磁铁10的下端。在电磁铁10的下端加工有与其同轴的定位凸台17，在重块Ⅰ9和重块Ⅱ13的上表面均加工有与其同轴的定位凹槽18，定位凹槽18与定位凸台17间隙配合，因此通过定位凹槽18与定位凸台17的配合可保证重块同轴地固定于电磁铁10的下端。在实验箱1左右两侧上部均开有用以放置重块的进口8，在实验箱1左右两侧下部均开有用以取出重块的出口3，在各进口8、出口3上均安装有可拆卸的密封盖4。在实验箱1左右两侧分别安装有用以抽实验腔Ⅰ5、实验腔Ⅱ15真空的真空泵6。在实验腔Ⅰ5、实验腔Ⅱ15的底部均铺设有缓冲垫2。

鉴于上述实施例，本实用新型的工作过程及工作原理如下：

如图1、图2所示，本实用新型使用时，先接通电源，使得触摸显示屏12，控制器11、电磁铁10、触摸显示屏12、光电传感器Ⅰ7、光电传感器Ⅱ14开始工作，此时电磁铁10得电产生吸力。通过左右两侧的进口8分别将重块Ⅰ9、重块Ⅱ13放于实验腔Ⅰ5、实验腔Ⅱ15内，并使其上的定位凹槽18与电磁铁10上的定位凸台17配合，从而在电磁力的作用下重块Ⅰ9、重块Ⅱ13即可同轴地固定于电磁铁10的下端。放置好重块后，盖上密封盖4使整个实验箱1处于密封状态，打开真空泵6开始抽取左右两实验腔内的空气直至真空状态，这样可去除空气阻力对重力实验的影响，保证实验结果的准确性。抽取真空后，通过操作触摸显示屏12来开始实验，控制器11接受到开始信号后控制电磁铁10使其断电并开始计时，电磁铁10断电后失去磁性，重块Ⅰ9、重块Ⅱ13在重力的作用下会立即同时下落。两个重块下落时，会逐个穿过其所在实验腔内的各光电传感器的检测光线，从而各光电传感器可检测到重块底边和顶边经过检测光线时的时间并传输至控制器11。当两个重块都下落完成后，控制器11即可采集到每个重块的开始下落时间、穿个各光电传感器检测光线的起始时间，利用这些实验数据和重块的厚度、各光电传感器距电磁铁10的高度间距等预输入数据，控制器11的计算程序即可分别计算出重块Ⅰ9、重块Ⅱ13下落过程的时间-位移关系、时间-速度关系、时间-加速度关系。控制器11计算完成后，触摸显示屏12可通过曲线、运动轨迹等形式显示实验结果，实验结果直观明了，可较好的辅助学生学习和了解重力知识。实验箱1由透明的有机玻璃制成，可让学生直接观察下落过程，直观明了，在实验腔Ⅰ5、实验腔Ⅱ15的底部均铺设有缓冲垫2，可防止重块下落砸坏实验箱1。