[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设备，更具体的说是涉及一种自由落体实验装置。

背景技术

测量重力加速度(g，常用值9.81m/s2)是中学物理中的一个基本实验项目，现在的物理实验教学中使用的仪器大多是用打点计时器在系着下落重物的纸带上进行记录的方法，而且实验仪器不便于携带入课堂，需要学生进入专门的实验室进行测试。尽管有很多种方法可以测量重力加速度，而落体法测重力加速度是所有方法中最直接而又简单的方法。

然而现有的落体法的仪器设备都是包括一个支架、在支架顶端的电磁铁和沿着支架从上至下均匀分布的光电门以及铁球，在测量重力加速度的过程中，首先将铁球吸在电磁铁上，然后再断开电磁铁的电源，那么铁球就会在重力的作用下做自由落体运动，在其做自由落体运动的过程中，光电门就会检测到铁球运动到光电门的时候的时间，那么光电门的距离是一定的，在知道了运动到这个位置的时间之后，那么便可以计算出铁球到达光电门的速度，自然便可以通过多个光电门的速度计算出铁球的加速度了，然而由于现有的铁球运动速度比较快，因此支架的长度需要设置的较长，以保证光电门之间有足够的检测距离，因此就会导致支架的体积增大，那么也不方便人们的携带，这样教师在将实验器材拿到教室的过程中就显得很不方便。

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携带方便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，包括外壳和设置在外壳内的实验组件，所述实验组件包括均设置在外壳内的电机、铁球、与电机的转轴同轴固定的旋转轴和缠绕在旋转轴上的连接线，所述连接线的一端与旋转轴固定连接，另一端与铁球固定连接，所述旋转轴上套接有编码器，所述电机的机身上贴设有用于控制电机旋转的控制器，所述电机和编码器均与控制器耦接，控制器控制电机旋转，并接收编码器所输出的编码值，所述控制器内具有计时器，所述计时器用于计算铁球的下落时间，并截取下落时间中所对应的编码器输出的编码值，所述外壳内设有用于锁定旋转轴的锁定组件，该外壳的下侧面开设有供铁球穿过的下落孔，当进行自由落体实验时，锁定组件解除旋转轴锁定，电机驱动旋转轴随着铁球的落下而旋转，计时器截取下落时间中所对应的编码器输出的编码值。

作为本发明的进一步改进，所述锁定组件包括按钮开关和与按钮开关联动的两片刹车片，所述按钮开关与控制器电连接，两片所述刹车片配合夹持住旋转轴，当按钮开关被按下时，电机通电旋转，同时两片刹车片放开旋转轴。

作为本发明的进一步改进，所述按钮开关包括呈中空圆柱状的壳体、可滑移的设置在壳体内按钮块和设置在壳体的一端的两片接触片，所述按钮块穿出到外壳外，所述两片接触片相互间隔设置，并均与控制器和计时器连接，其中一片接触片与按钮块相抵触，当按钮块被按下时，一片接触片朝向另一片接触片运动，直至两片接触片相互接触，所述壳体的侧壁上开设有相对设置的两个刹车孔，两片所述刹车片均呈弧形长条状，其一端分别通过两个刹车孔伸入到壳体内，并相互铰接后与按钮块相互抵触，两片刹车片的侧面分别与两个刹车孔的孔壁铰接，当按钮块被按下时，两片刹车片的端部被压下，两片刹车片相互分离。

作为本发明的进一步改进，所述计时器包括：

定时电路，用于定时输出电平信号；

定时开关管，该定时开关管具有第一端、第二端和控制端，所述控制端与定时电路耦接，用于接收电平信号，第一端与控制器耦接，第二端与编码器耦接。作为本发明的进一步改进，所述定时电路包括：

定时芯片U1，该定时芯片U1具有高触发端、低触发端、放电端和输出端，所述高触发端耦接有可变电阻RP和电阻R1后接电源，还耦接有电容C后接地，所述放电端耦接于可变电阻RP，所述低触发端耦接于按钮开关后接地，所述输出端耦接于定时开关管的控制端。

作为本发明的进一步改进，所述控制器包括：

主控MCU，该主控MCU上具有多个I/O引脚，所述I/O引脚与计时器耦接，用于接收计时器截取到的编码值，并依据编码值输出显示信号；

显示屏，该显示屏耦接于主控MCU的I/O引脚，用于接收显示信号并显示出来。作为本发明的进一步改进，所述外壳呈圆柱状设置，所述旋转轴与外壳同轴设置，其外侧壁上开设有供人手指嵌入的指槽，所述下落孔设置在外壳外侧壁靠近端部的位置上。