[发明专利]一种自由落体实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实验装置，更具体的说是涉及一种自由落体实验装置。

背景技术

自由落体实验是历史上非常著名的实验，其揭示了在地球上重量不同的物体下落的加速度是相同的，而对于这个实验进行最好的验证方式便是钱羽管(又称牛顿管)，通过钱羽管内铜钱和羽毛在一个真空管内的运动来揭示自由落体这一个真理。

现有的钱羽管的结构都是包括真空透明玻璃管、分别固定在真空透明玻璃管两端的电磁铁和真空阀门以及在真空透明玻璃管内的羽毛和铁块，其中为了方便羽毛被电磁铁吸引，保证与铁块同时下落，现有的羽毛的根部上面会加设一个重量远小于铁块的一小块铁，在实验的过程中，将真空阀门与外部的真空机连接，将电磁铁通电，同时翻到整个真空管，然后铁块和羽毛都被吸附到电磁铁上，然后开始实验，一般情况下实验分两步骤进行，即有空气时的实验和没空气时的实验，有空气时的实验就是真空机不抽取真空管内的空气，断开电磁铁的电源，使得羽毛和铁块一起下落，没有空气时的实验就是真空机抽取了真空管内的空气，然后断开电磁铁电源使得羽毛和铁块一起下落，如此明确的显示了不同重量的物体在有空气和没有空气的时候的下落速度，然而由于重力加速度g为9.8m/s²所以羽毛和铁块的下落速度很快，人用肉眼很难看出羽毛和铁块是否同时下落的，因此现有的自由落体运动需要高速摄像机拍下来以后慢放才能够明确看的到羽毛和铁块是否同时下落，这样在老师课堂演示的过程中就显得很不方便，同时直观性不够，需要先拍再看，同时每一次的自由落体实验都需要配备一台高速摄像机，无疑这样会大幅增加学校的实验器材成本，不利于在中小学内推广。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种直观性强、且成本低廉的自由落体实验装置。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种自由落体实验装置，包括真空管、设置在真空管两端的电磁铁和真空阀门以及设置在真空管内的羽毛和铁块，所述真空阀门与外部真空机连接，所述电磁铁与外部电源控制开关连接，所述真空管包括羽毛管和铁块管，所述羽毛管和铁块管相互连通，羽毛设置在羽毛管内，铁块设置在铁块管内，所述电磁铁包括用于吸住羽毛的羽毛电磁铁和用于吸住铁块的铁块电磁铁，所述真空阀门包括羽毛阀门和铁块阀门，所述羽毛电磁铁和铁块电磁铁分别固定在羽毛管和铁块管的一端，所述羽毛阀门和铁块阀门分别一一对应固定在羽毛管背向羽毛电磁铁的一端和铁块管背向铁块电磁铁的一端，所述羽毛管和铁块管的内壁上均贴设有沿竖直方向排列的若干个光电门，所述羽毛管和铁块管的外壁上均贴设有沿竖直方向排列的数量与光电门一一对应的指示灯，所述光电门和指示灯从上至下一一对应耦接，所述光电门与指示灯之间还耦接有延时器，用于将光电门输出的信号延时后输入到指示灯内。

作为本发明的进一步改进，若干个所述光电门均具有信号输出线，所述羽毛电磁铁和铁块电磁铁均包括用于堵塞住羽毛管和铁块管端部的外壳和设置外壳内部的电磁铁体，所述外壳内设置有用于与延时器耦接的导电盘，所述外壳呈圆柱状，所述导电盘同轴嵌设在外壳内，所述外壳的侧壁上开设有导电连接口，所述信号输出线的一端与光电门耦接，另一端设有导电插片，所述导电插片通过导电连接口插入到外壳内，并与导电盘相抵触，其中导电盘的外壁与外壳的内壁紧密贴合构成密封连接。

作为本发明的进一步改进，所述导电盘的上侧面和下侧面均设有导电内环和导电外环，所述电磁铁体固定在导电内环上，并与导电内环电连接，所述导电外环靠近导电连接口设置，当导电插片插入到外壳时，导电插片与导电外环相抵触。

作为本发明的进一步改进，所述延时器包括若干个延时电路和数量与指示灯一一对应的指示灯延时电路，其中，一个指示灯、一个指示灯延时电路和一个光电门为一组，每组内的光电门、指示灯延时电路和指示灯相互串联，其中，第一组的光电门耦接于电源，次一组的光电门耦接于一个延时电路后与前一组的光电门耦接。

作为本发明的进一步改进，所述延时电路包括：

反相器U1，该反相器U1具有输入端和输出端，所述输入端与前一组的光电门耦接，输出端输出反相后的信号；

反相器U2，该反相器U2具有输入引脚和输出引脚，所述输入引脚耦接有放电电阻R后耦接于反相器U1的输出端，所述输出引脚耦接于本组的光电门，所述输入引脚与输出端之间的节点耦接有电容C后接地。

作为本发明的进一步改进，所述指示灯延时电路包括：