一种伽利略运动猜想验证仪的制作方法

本实用新型涉及一种中学物理教学与实验仪器，尤其是一种伽利略运动猜想验证仪。

背景技术：

在高中《物理》必修一的第二章第六节“伽利略对自由落体运动的研究”中，是新教材注重过程与方法、情感态度和价值观的一个标志性内容，过去的教学过分注重对知识与技能的掌握而忽略了对科学精神、科学研究方法的培养，因此，能否通过这节课的学习让学生体会到人类对自然世界的探究思想和方法，感受到一位伟大的科学家的高尚情操，就成为这节课最终的目标，在实际教学过程中还没有合适的仪器来验证伽利略的运动猜想，大部分教师都是播放投影或视频资料，需要学生理解伽利略猜想质量不同的物体沿斜面自由下落的快慢相同的规律，因为没有真实的实验演示，有部分学生会提出质疑，不利于学生们理解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思，更不利于学生自主学习。

技术实现要素：

为了更好地验证伽利略运动猜想，让学生在课堂教学中可以直观地看清楚实验过程，解决上述问题，本实用新型提供了一种操作简单、易于理解、能直观演示的一种伽利略运动猜想验证仪，按照本实用新型所提供的设计方案，利用电磁铁、光电开关和继电器设计电路控制两个小球同时开始运动，让两个计时器自动启动且分开计时来显示确切的运动时间，来比较质量不同的两个小球的运动快慢，实验电路设计巧妙，降低了实验数据获得的难度，提高了实验的可操作性，更有利于实验探究教学的开展。本实用新型解决其技术问题所采用的方案主要有以下几点。

1、本实用新型的装置包括一号计时器、缓冲垫、弧形挡板、二号计时器、一号空槽、二号空槽、三号空槽、一号调节螺母、一号光电开关、“z”形支架、二号光电开关、单边活动板、三号光电开关、红外对管、直杆、一号小球、衔铁、二号小球、弹簧、半圆形挡板、电磁铁、四号光电开关、活动撑板、底脚螺栓、底板、水平仪、锯齿形槽板、二号调节螺母、弧形空槽、转轴、一号开关、电源指示灯、面板、二号开关、一号电阻、二号电阻、三号电阻、一号继电器、四号电阻、五号电阻、二号继电器、六号电阻、七号电阻、三号继电器、八号电阻、九号电阻、四号继电器、电源、四号三极管、三号三极管、二号三极管、一号三极管、一号电容、二号电容、三号电容、四号电容、五号电容，其中所述的面板、两块弧形挡板在底板的左端围成一个收纳盒，盒内的底板和面板上贴有一层缓冲垫，以免滚下的小球损坏仪器，单边活动板通过转轴安装在两块弧形挡板之间，单边活动板可以绕转轴转动，转轴和弧形挡板之间的摩擦阻力大，两个对称的二号调节螺母分别穿过两块弧形挡板上的弧形空槽固定单边活动板，调节范围为水平位置至竖直位置，在单边活动板的背面还有一块活动撑板辅助支撑单边活动板，一号开关、电源指示灯、二号开关固定在面板的前面，一号计时器、二号计时器固定在面板的上面，便于读数，底板的中间是下凹的锯齿形槽板，用于改变活动撑板的支撑高度，根据底板上的水平仪指示调节底脚螺栓，可使整个仪器保持平衡状态。

2、所述的单边活动板上的一号空槽、二号空槽、三号空槽互相平行且光滑，一号光电开关、二号光电开关、三号光电开关和四号光电开关都是由红外对管制成，三号光电开关和四号光电开关相对固定在二号空槽、三号空槽的外侧，不能移动，一号光电开关和二号光电开关相对固定在“z”形支架的长端，与三号光电开关和四号光电开关的位置平行，“z”形支架的短端通过一号调节螺母固定，调节一号调节螺母可以使一号光电开关、二号光电开关和“z”形支架作为一个整体移动，直杆的两端通过轻质弹簧固定在二号空槽、三号空槽的末端，直杆的下面对准二号空槽、三号空槽处各有一个半圆形挡板，直杆的中间是衔铁，衔铁的下方有一短电磁铁，当电磁铁通电时，衔铁被吸住，直杆靠近单边活动板，放在二号空槽、三号空槽上的一号小球、二号小球就被半圆形挡板挡住，不会滚落，当电磁铁21断电时，衔铁被放开，直杆弹回，放在二号空槽、三号空槽上的一号小球、二号小球就会分别沿二号空槽、三号空槽滚落下来。

3、所述的电源指示灯是发光二极管，与2k的一号电阻串联成一条支路，三号光电开关是红外对管制成，三号光电开关的红外发射管与120ω的二号电阻串联成一条支路，三号光电开关的红外接收管与10k的三号电阻串联成一条支路，一号光电开关也是红外对管制成，一号光电开关的红外发射管与120ω的四号电阻串联成一条支路，一号光电开关的红外接收管与10k的五号电阻串联成一条支路，四号光电开关也是红外对管制成，四号光电开关的红外发射管与120ω的六号电阻串联成一条支路，四号光电开关的红外接收管与10k的七号电阻串联成一条支路，二号光电开关也是红外对管制成，二号光电开关的红外发射管与120ω的八号电阻串联成一条支路，二号光电开关的红外接收管与10k的九号电阻串联成一条支路，一号三极管、二号三极管、三号三极管、四号三极管都是s9012，一号三极管的基极接在三号光电开关的红外接收管与三号电阻的中间，集电极接在电源的负极上，发射极与常开的一号继电器相连，控制一号计时器开始计时，二号电容接在一号三极管的基极和电源的负极之间，二号三极管的基极接在一号光电开关的红外接收管与五号电阻的中间，集电极接在电源的负极上，发射极与常开的二号继电器相连，控制一号计时器停止计时，三号电容接在二号三极管的基极和电源的负极之间，三号三极管的基极接在四号光电开关的红外接收管与七号电阻的中间，集电极接在电源的负极上，发射极与常开的三号继电器相连，控制二号计时器开始计时，四号电容接在三号三极管的基极和电源的负极之间，四号三极管的基极接在二号光电开关11的红外接收管与九号电阻的中间，集电极接在电源的负极上，发射极与常开的四号继电器相连，控制二号计时器停止计时，五号电容接在四号三极管的基极和电源的负极之间，电磁铁与二极管并联后，再与二号开关串联成一条支路，所述的电源与一号开关串联成一条支路，一号电容和各条支路都是并联，一号计时器与二号计时器都是有独立电源的电子秒表改装而成，二极管起到滤波的作用，计时器工作时互不干扰，一号电容、二号电容、三号电容、四号电容和五号电容都是104的无极性电容，有延时作用，保证电路正常工作。

本实用新型的有益效果是：有真实的具体的实验演示，学生不会提出质疑，有利于学生们理解并学习伽利略研究自由落体运动的科学思维方法和巧妙的实验构思，更有利于学生自主学习。按照本实用新型所提供的设计方案，利用电磁铁、光电开关和继电器设计电路控制两个小球同时开始运动，让两个计时器自动启动且分开计时来显示确切的运动时间，来比较质量不同的两个小球的运动快慢，实验电路设计巧妙，降低了实验数据获得的难度，提高了实验的可操作性，更有利于实验探究教学的开展。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明，其中图1是本实用新型的结构示意图，图2是本实用新型的演示一图，图3是本实用新型的演示二图，图4是本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

如图1和图4所示，本实用新型提供的一种伽利略运动猜想验证仪，包括一号计时器1、缓冲垫2、弧形挡板3、二号计时器4、一号空槽5、二号空槽6、三号空槽7、一号调节螺母8、一号光电开关9、“z”形支架10、二号光电开关11、单边活动板12、三号光电开关13、红外对管14、直杆15、一号小球16、衔铁17、二号小球18、弹簧19、半圆形挡板20、电磁铁21、四号光电开关22、活动撑板23、底脚螺栓24、底板25、水平仪26、锯齿形槽板27、二号调节螺母28、弧形空槽29、转轴30、一号开关31、电源指示灯32、面板33、二号开关34、一号电阻35、二号电阻36、三号电阻37、一号继电器38、四号电阻39、五号电阻40、二号继电器41、六号电阻42、七号电阻43、三号继电器44、八号电阻45、九号电阻46、四号继电器47、电源48、四号三极管49、三号三极管50、二号三极管51、一号三极管52、一号电容53、二号电容54、三号电容55、四号电容56、五号电容57，其中所述的面板33、两块弧形挡板3在底板25的左端围成一个收纳盒，盒内的底板和面板33上贴有一层缓冲垫2，以免滚下的小球损坏仪器，单边活动板12通过转轴30安装在两块弧形挡板3之间，单边活动板12可以绕转轴30转动，转轴30和弧形挡板3之间的摩擦阻力大，两个对称的二号调节螺母28分别穿过两块弧形挡板3上的弧形空槽29固定单边活动板12，调节范围为水平位置至竖直位置，在单边活动板12的背面还有一块活动撑板23辅助支撑单边活动板12，一号开关31、电源指示灯32、二号开关34固定在面板33的前面，一号计时器1、二号计时器4固定在面板33的上面，便于读数，底板25的中间是下凹的锯齿形槽板27，用于改变活动撑板23的支撑高度，根据底板25上的水平仪26指示调节底脚螺栓24，可使整个仪器保持平衡状态。

所述的单边活动板12上的一号空槽5、二号空槽6、三号空槽7互相平行且光滑，一号光电开关9、二号光电开关11、三号光电开关13和四号光电开关22都是由红外对管14制成，三号光电开关13和四号光电开关22相对固定在二号空槽6、三号空槽7的外侧，不能移动，一号光电开关9和二号光电开关相对固定在“z”形支架10的长端，与三号光电开关13和四号光电开关22的位置平行，“z”形支架10的短端通过一号调节螺母8固定，调节一号调节螺母8可以使一号光电开关9、二号光电开关和“z”形支架10作为一个整体移动，直杆15的两端通过轻质弹簧19固定在二号空槽6、三号空槽7的末端，直杆15的下面对准二号空槽6、三号空槽7处各有一个半圆形挡板20，直杆15的中间是衔铁17，衔铁17的下方有一短电磁铁21，当电磁铁21通电时，衔铁17被吸住，直杆15靠近单边活动板12，放在二号空槽6、三号空槽7上的一号小球16、二号小球18就被半圆形挡板20挡住，不会滚落，当电磁铁21断电时，衔铁17被放开，直杆15弹回，放在二号空槽6、三号空槽7上的一号小球16、二号小球18就会分别沿二号空槽6、三号空槽7滚落下来。

如图4所示，所述的电源指示灯32是发光二极管，与2k的一号电阻35串联成一条支路，三号光电开关13是红外对管制成，三号光电开关13的红外发射管与120ω的二号电阻36串联成一条支路，三号光电开关13的红外接收管与10k的三号电阻37串联成一条支路，一号光电开关9也是红外对管制成，一号光电开关9的红外发射管与120ω的四号电阻39串联成一条支路，一号光电开关9的红外接收管与10k的五号电阻40串联成一条支路，四号光电开关22也是红外对管制成，四号光电开关22的红外发射管与120ω的六号电阻42串联成一条支路，四号光电开关22的红外接收管与10k的七号电阻43串联成一条支路，二号光电开关11也是红外对管制成，二号光电开关11的红外发射管与120ω的八号电阻45串联成一条支路，二号光电开关11的红外接收管与10k的九号电阻串联成一条支路，一号三极管52、二号三极管51、三号三极管50、四号三极管49都是s9012，一号三极管52的基极接在三号光电开关13的红外接收管与三号电阻37的中间，集电极接在电源48的负极上，发射极与常开的一号继电器38相连，控制一号计时器1开始计时，二号电容54接在一号三极管52的基极和电源48的负极之间，二号三极管51的基极接在一号光电开关9的红外接收管与五号电阻40的中间，集电极接在电源48的负极上，发射极与常开的二号继电器41相连，控制一号计时器1停止计时，三号电容55接在二号三极管51的基极和电源48的负极之间，三号三极管50的基极接在四号光电开关22的红外接收管与七号电阻43的中间，集电极接在电源48的负极上，发射极与常开的三号继电器44相连，控制二号计时器4开始计时，四号电容56接在三号三极管50的基极和电源48的负极之间，四号三极管49的基极接在二号光电开关11的红外接收管与九号电阻46的中间，集电极接在电源48的负极上，发射极与常开的四号继电器47相连，控制二号计时器4停止计时，五号电容57接在四号三极管49的基极和电源48的负极之间，电磁铁21与二极管并联后，再与二号开关34串联成一条支路，所述的电源48与一号开关31串联成一条支路，一号电容53和各条支路都是并联，一号计时器1与二号计时器4都是有独立电源的电子秒表改装而成，二极管起到滤波的作用，计时器工作时互不干扰，一号电容53、二号电容54、三号电容55、四号电容56和五号电容57都是104的无极性电容，有延时作用，保证电路正常工作。

如图2所示，是本实用新型的演示一图，调节二号调节螺母28和活动撑板23，使单边活动板12保持一定坡度，调节一号调节螺母8可以使一号光电开关9、二号光电开关和“z”形支架10作为一个整体移动至需要的位置，根据底板25上的水平仪26指示调节底脚螺栓24，可使整个仪器保持平衡状态，然后闭合一号开关31和二号开关34，电源指示灯32亮，电磁铁21通电，衔铁17被吸住，直杆15靠近单边活动板12，把一号小球16、二号小球18放在二号空槽6、三号空槽7上，就被半圆形挡板20挡住，不会滚落，再断开二号开关34，电磁铁21断电，衔铁17被放开，直杆15弹回，放在二号空槽6、三号空槽7上的一号小球16、二号小球18就会分别沿二号空槽6、三号空槽7滚落下来，一号小球16经过三号光电开关13时挡了一下光，使一号三极管52工作，一号三极管52控制一号继电器38导通从而使得一号计时器1开始计时，一号小球16经过一号光电开关9时也挡了一下光，使二号三极管51工作，二号三极管51控制二号继电器41导通从而使得一号计时器1停止计时；二号小球18经过四号光电开关22时挡了一下光，使三号三极管50工作，三号三极管50控制三号继电器44导通从而使得二号计时器4开始计时，二号小球18经过二号光电开关11时也挡了一下光，使二号三极管51工作，二号三极管51控制四号继电器47导通从而使得二号计时器4停止计时；更换不同质量的小球、改变“z”形支架10的位置或改变单边活动板12的倾度，重复上述操作，记录每次一号计时器1和二号计时器4的示数并比较归纳得到：同一倾角下不论两个小球质量如何，从高度相同的位置自由滚下，一个高度相同处到达另一高度相同处的时间相等，从而验证伽利略的运动猜想。

如图3所示，是本实用新型的演示二图，调节二号调节螺母28和活动撑板23，使单边活动板12呈竖直状态，重复上述操作，记录每次一号计时器1和二号计时器4的示数并比较归纳，就能验证伽利略的自由落体运动猜想。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。