[实用新型]一种自由落体演示器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种物理实验装置及实验方法，用于一种自由落体演示的实验研究。

背景技术

不受任何阻力，只在重力作用下而降落的物体，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。

验证自由落体运动是初速为零的匀加速直线运动，在实践中有很多方法，如利用打点计时器法：让小球带动纸带自由下落，通过打点计时器在纸带上打下点，然后在纸带上连续相同的时间内标上S1、S2、S3、S4等，计算是否满足S2-S1＝S3-S2＝S4-S3，若满足，即可验证由落体运动是初速为零的匀加速直线运动，这种方法主要缺点是纸带摩擦阻力大，测量不准确。还有频闪照相法，需要较多设备才能在课堂上直接演示，成本高，不利于学生亲自动手操作，近距离体验。

本实用新型利用简单的材料和较普通设备，制成自由落体演示器，很容易的完成上述实验。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自由落体演示装置及实验方法，物理意义清晰明确。

本实用新型的目的是这样实现的：采用图1所示的装置，绝缘底座1上固定有“∏”形支架2，支架用有机玻璃制成。在“∏”形支架的上部固定电磁铁5，通过电源控制其通电和断电，通电时电磁铁把金属球6吸住，断电瞬间金属球6自由下落。在“∏”形支架的左、右立板内侧，安装有铜丝网3(如图2)，在“∏”形支架立板的一侧(如右侧)铜丝网上覆盖一条和铜丝网同样尺寸的白纸7。整体装置要保证“∏”形支架和底座垂直，左、右二立板互相平行，以保证金属球自由下落时不会和两边相碰，垂直下落。

有机玻璃支架2宽20毫米，高160毫米，厚度约3毫米。

铜丝网3与白纸7尺寸相当，尺寸略小于有机玻璃支架2。

附图说明

图1为演示自由落体的实验装置及实验方法结构示意图；

1、绝缘底座，2、有机玻璃支架，3、铜丝网，4、电源接线柱，5、电磁铁，6、金属球，7、白纸。

图2为金属铜网。图3为印有标尺刻度的白纸。

具体实施方式

按图1所示将自由落体演示实验器安装好，铜丝网垂直平整，保证金属球能无刮擦自由下落，电磁铁电源用J1202型学生电源、电磁铁用J2444型，高压发生器用J1206型，可以每隔0.02秒产生一次高压，高电压加在左、右铜丝网上。

如图1所示，实验时，首先接通高压发生器开关，调节高压发生器使其输出约50千伏的高电压，稳定后再断开电磁铁开关，金属球自由下落，在金属球自由下落的路径上，每隔0.02秒高压发生器产生一次高压，通过金属球与两金属网产生一次火花放电，使得覆盖在右测立板上的白纸被电火花击穿，从而在白纸上留下一个个黑点，即金属球在放电瞬时所在的位置，和频闪照相法所获得小球在闪光瞬时所处的位置图形相似，断电后，取出固定在右板上的白纸，用处理纸带的方法分析数据，如图3所示，即可验证自由落体运动是否为初速度为零的匀加速直线运动。

该仪器具有如下优点：

(1)消除了用打点计时器法实验时产生的摩擦影响，减少了空气阻力的影响，测量准确；

(2)操作简单，能在课堂上直接演示实验，学生能亲自动手操作，有利于教学。

(3)和频闪照相法相比，成本低，经济不发达地区也能实现。