一种物理教学实验用自由落体实验台的制作方法

本实用新型涉及教学用具技术领域，具体涉及一种物理教学实验用自由落体实验台。

背景技术：

当前，随着教育部新课标的改革，对中学物理教学的实验部分内容有所规定，且目前的教学要求对物理实验课堂的要求也十分重视，在教学过程中，实验课程的比重也相应增加。然而，要做物理实验，则必须借助物理教学实验教具进行辅助演示，如此能够方便教师演示实验操作，方便教学和学生理解。

然而，目前针对物理教学的教具虽然很多，但是针对自由落体运动的教具，仍然十分缺乏，不利于教师实验教学。

因此，基于上述，本实用新型提供一种物理教学实验用自由落体实验台，通过该试验台的整体结构设计，使教师在实验教学过程中，可以将自由落体实验进行演示操作，满足教学实验需要，进而解决现有技术存在的不足和缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于：针对目前存在的上述问题，提供一种物理教学实验用自由落体实验台，通过该试验台的整体结构设计，使教师在实验教学过程中，可以将自由落体实验进行演示操作，满足教学实验需要，进而解决现有技术存在的不足和缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种物理教学实验用自由落体实验台，包括方形板结构的平台以及固定安装在平台底面的多根支腿；所述平台的左端固定安装有轮架，轮架上可旋转的安装有槽轮；所述平台上表面固定安装有打点计时器，打点计时器右侧的平台上表面固定设置有方形板结构的支撑块；所述槽轮、打点计时器以及支撑块沿着平台的长度方向对齐排列；所述支撑块的上表面垂直固定安装有方形杆结构的固定柱，固定柱的前侧固定安装有电磁铁；所述电磁铁的下表面固定连接弹簧，弹簧的下端固定连接圆盘；所述圆盘的中心位置固定焊接有圆轴；所述圆盘位于圆轴的中部，圆轴的上端位于弹簧内孔中；所述平台的后侧左部设置有方形收集槽；所述收集槽的右侧为开口结构；收集槽的上方位置通过一方形板固定连接安装有上架；所述上架的外形为方形框结构，且上架的框架中部设置有方形孔结构的上槽；所述上架的下部右侧开设有方形槽结构的板槽，所述板槽内部配合安装有方形插板，所述插板的右端开设有圆形操作孔；所述收集槽右侧的平台上固定安装有斜台，斜台的倾斜面向左下方倾斜，且该倾斜面为光滑圆弧形表面；在所述倾斜面的中部位置开设有弧形槽；所述弧形槽的横截面为半圆形凹槽结构，弧形槽的侧面外形为圆弧形结构；所述平台上部还设置有开关，该开关与打点计时器以及电磁铁之间通过导线通电连接。

优选的，所述支腿的数量为4根，支腿的顶端与平台底面固定连接为一体结构；所述支腿位于平台底面的4个拐角位置。

优选的，其特征在于：所述轮架由2根方形板对称安装组成，方形板上对称安装有圆形安装孔；所述槽轮的两侧对称固定设置有与安装孔相匹配安装轴，所述安装轴间隙配合安装入安装孔中。

优选的，所述板槽的右端为开口结构，板槽的宽度大于上架的上槽宽度，且小于上架的框架轮廓宽度。

优选的，所述斜台的左端宽度小于收集槽的右侧宽度；所述插板与板槽之间为可拆卸的间隙配合安装。所述圆轴为磁性金属轴，所述圆盘为磁性金属盘，圆轴与圆盘之间焊接固定为一体结构。

在此，需要说明的是，本实用新型中使用的电磁铁为伊莱科（elecall）品牌的产品，具体型号可选ele-p20/1524v。所述打点计时器可选电磁打点计时器，涉及到的开关也是现有现有技术产品，开关选择闸刀开关、按钮开关均可，开关的位置可以不固定。上述产品的电连接、具体结构均为现有技术手段，本领域普通技术人员能够理解，尤其是电磁打点计时器，这是物理实验中测量匀加速运动十分常用的装置。

同时，本申请中的弹簧，为处于压缩状态的弹簧，也即是弹簧顶住支撑块之后，处于压缩状态，如此才能够通过圆轴将纸带压住。此外，本申请中涉及到的固定安装、固定设置等术语，指代固定焊接、螺丝固定等方式的安装，部件之间的固定方式多种多样，本申请在此只是举个例子，方便理解。

在具体使用过程中，本申请可以实现如下操作：

匀加速直线运动的速度测算：将需要测量的纸带左端用夹子夹上，在夹子的下端挂上砝码，将纸带左端置于槽轮的轮槽中，左下端悬垂在空中。然后将纸带右端穿过打点计时器，保证打点的针头与纸带对应，纸带的右端则置于支撑块上，并通过弹簧的弹力作用，驱使圆轴顶住纸带右端，将其压住固定，避免纸带左端滑落。在打开开关之前，保证纸带平整。最后，打开开关，使打点计时器和电磁铁同时通电，电磁铁通电之后，将圆轴瞬间向上吸引，同时打点计时器也通电，此时纸带在砝码的重力作用下，做匀加速直线运动，使纸带穿过打点计时器，并通过点点计时器的打点针头在纸带上打上印记。实验结束之后，测量相邻印记之间的距离，计算不同时刻的纸带运动速度，验证自由落体运动为匀加速直线运动。

不同质量物体的自由落体运动：将不同质量的固体实验对象，比如圆球等放入上槽中，然后瞬间将插板从板槽中抽出，此时放在上槽中的圆球几乎同时开始掉落到收集槽中，此时教师便可以通过实验观察，或借助高速相机等视频捕捉设备，捕捉落地瞬间的现象，从而判断自由落体运动，其实与物体的重量没有关系，其主要作用来源于重力。而为了验证浮力的作用，还可以采用鸡毛、棉花等物体进行实验，说明在重力很小，空气浮力较大的情况下，物体的运动速度会受到很大影响。

能量守恒验证：将圆球置于弧形槽中，从不同高度下落，观察圆球沿着弧形曲线的运动情况，通过测量圆球的掉落初始高度以及圆球离开弧形槽瞬间的速度，可以验证能量守恒定律。也即是验证圆球的初始重力势能与动能之间的关系。收集槽的作用则是为了收集实验过程中掉落的小球等物体。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

一方面，本实用新型将不同的实验方案辅助教具结合到一个平台上，方便教师进行专题实验演示和研究，利于实验教学演示。

另一方面，现有的匀速直线运动实验，通常都是采用人工操作纸带的方式进行实验，也即是人为将纸带捏住，然后启动打点计时器之后再松开手。然而，人为操作的纸带，在实验过程中通常存在误差，比如在开始阶段打点比较密集，难以判断正确的起始位置等情况，不利于测量的准确性。通过本方案的设计，由开关直接同时控制电磁铁和打点计时器，如此可以在很大程度上降低测量误差，进一步提高测量数值的准确度。

再一方面，本实用新型实验装置结构简单，制造方便，不仅能够满足匀加速直线运动的速度测量实验要求，验证自由落体运动其实就是匀加速直线运动，而且还能够验证不同质量的物体的自由落体运动情况，利于实验演示教学和引导学生观察实验、分析问题。此外，再将能量守恒等实验引入到本实验台上，建立知识体系之间的联系，也充分利用了实验台的空间位置，具有较好的实用价值及推广价值。

附图说明

图1为本实用新型的前侧面结构示意图；

图2为本实用新型的俯视结构示意图；

图3为本实用新型的上架结构示意图；

图4为本实用新型的电路连接结构示意图。

图中：1、支腿；2、平台；3、收集槽；4、槽轮；5、上架；6、板槽；7、插板；8、操作孔；9、上槽；10、打点计时器；11、支撑块；12、圆轴；13、圆盘；14、弹簧；15、电磁铁；16、固定柱；17、斜台；18、弧形槽；19、轮架；20、开关。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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。

实施例1，如图1-4所示：

一种物理教学实验用自由落体实验台，包括方形板结构的平台2以及固定安装在平台2底面的多根支腿1；所述平台2的左端固定安装有轮架19，轮架19上可旋转的安装有槽轮4；所述平台2上表面固定安装有打点计时器10，打点计时器10右侧的平台2上表面固定设置有方形板结构的支撑块11；所述槽轮4、打点计时器10以及支撑块11沿着平台2的长度方向对齐排列；所述支撑块11的上表面垂直固定安装有方形杆结构的固定柱16，固定柱16的前侧固定安装有电磁铁15；所述电磁铁15的下表面固定连接弹簧14，弹簧14的下端固定连接圆盘13；所述圆盘13的中心位置固定焊接有圆轴12；所述圆盘13位于圆轴12的中部，圆轴12的上端位于弹簧14内孔中；所述平台2的后侧左部设置有方形收集槽3；所述收集槽3的右侧为开口结构；收集槽3的上方位置通过一方形板固定连接安装有上架5；所述上架5的外形为方形框结构，且上架5的框架中部设置有方形孔结构的上槽9；所述上架5的下部右侧开设有方形槽结构的板槽6，所述板槽6内部配合安装有方形插板7，所述插板7的右端开设有圆形操作孔8；所述收集槽3右侧的平台2上固定安装有斜台17，斜台17的倾斜面向左下方倾斜，且该倾斜面为光滑圆弧形表面；在所述倾斜面的中部位置开设有弧形槽18；所述弧形槽18的横截面为半圆形凹槽结构，弧形槽18的侧面外形为圆弧形结构；所述平台2上部还设置有开关20，该开关20与打点计时器10以及电磁铁15之间通过导线通电连接。

优选的，所述支腿1的数量为4根，支腿1的顶端与平台2底面固定连接为一体结构；所述支腿1位于平台2底面的4个拐角位置。

优选的，其特征在于：所述轮架19由2根方形板对称安装组成，方形板上对称安装有圆形安装孔；所述槽轮4的两侧对称固定设置有与安装孔相匹配安装轴，所述安装轴间隙配合安装入安装孔中。

优选的，所述板槽6的右端为开口结构，板槽6的宽度大于上架5的上槽9宽度，且小于上架5的框架轮廓宽度。

优选的，所述斜台17的左端宽度小于收集槽3的右侧宽度；所述插板7与板槽6之间为可拆卸的间隙配合安装。所述圆轴12为磁性金属轴，所述圆盘13为磁性金属盘。

在此，需要说明的是，本实用新型中使用的电磁铁15为伊莱科（elecall）品牌的产品，具体型号可选ele-p20/1524v。所述打点计时器10可选电磁打点计时器10，涉及到的开关也是现有现有技术产品，开关选择闸刀开关、按钮开关均可，开关的位置可以不固定。上述产品的电连接、具体结构均为现有技术手段，本领域普通技术人员能够理解，尤其是电磁打点计时器10，这是物理实验中测量匀加速运动十分常用的装置。

在具体使用过程中，本申请可以实现如下操作：

匀加速直线运动的速度测算：将需要测量的纸带左端用夹子夹上，在夹子的下端挂上砝码，将纸带左端置于槽轮4的轮槽中，左下端悬垂在空中。然后将纸带右端穿过打点计时器10，保证打点的针头与纸带对应，纸带的右端则置于支撑块11上，并通过弹簧14的弹力作用，驱使圆轴12顶住纸带右端，将其压住固定，避免纸带左端滑落。在打开开关20之前，保证纸带平整。最后，打开开关20，使打点计时器10和电磁铁15同时通电，电磁铁15通电之后，将圆轴12瞬间向上吸引，同时打点计时器10也通电，此时纸带在砝码的重力作用下，做匀加速直线运动，使纸带穿过打点计时器10，并通过点点计时器的打点针头在纸带上打上印记。实验结束之后，测量相邻印记之间的距离，计算不同时刻的纸带运动速度，验证自由落体运动为匀加速直线运动。

不同质量物体的自由落体运动：将不同质量的固体实验对象，比如圆球等放入上槽9中，然后瞬间将插板7从板槽6中抽出，此时放在上槽9中的圆球几乎同时开始掉落到收集槽3中，此时教师便可以通过实验观察，或借助高速相机等视频捕捉设备，捕捉落地瞬间的现象，从而判断自由落体运动，其实与物体的重量没有关系，其主要作用来源于重力。而为了验证浮力的作用，还可以采用鸡毛、棉花等物体进行实验，说明在重力很小，空气浮力较大的情况下，物体的运动速度会受到很大影响。

能量守恒验证：将圆球置于弧形槽18中，从不同高度下落，观察圆球沿着弧形曲线的运动情况，通过测量圆球的掉落初始高度以及圆球离开弧形槽18瞬间的速度，可以验证能量守恒定律。也即是验证圆球的初始重力势能与动能之间的关系。收集槽3的作用则是为了收集实验过程中掉落的小球等物体。

一方面，本实用新型将不同的实验方案辅助教具结合到一个平台2上，方便教师进行专题实验演示和研究，利于实验教学演示。

另一方面，现有的匀速直线运动实验，通常都是采用人工操作纸带的方式进行实验，也即是人为将纸带捏住，然后启动打点计时器10之后再松开手。然而，人为操作的纸带，在实验过程中通常存在误差，比如在开始阶段打点比较密集，难以判断正确的起始位置等情况，不利于测量的准确性。通过本方案的设计，由开关直接同时控制电磁铁15和打点计时器10，如此可以在很大程度上降低测量误差，进一步提高测量数值的准确度。

再一方面，本实用新型实验装置结构简单，制造方便，不仅能够满足匀加速直线运动的速度测量实验要求，验证自由落体运动其实就是匀加速直线运动，而且还能够验证不同质量的物体的自由落体运动情况，利于实验演示教学和引导学生观察实验、分析问题。此外，再将能量守恒等实验引入到本实验台上，建立知识体系之间的联系，也充分利用了实验台的空间位置，具有较好的实用价值及推广价值。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。