[发明专利]物理课用自由落体实验装置

说明书

本发明涉及物理课用自由落体实验装置，包括电磁吸盘、内筒、外筒、动触点接线端子、定触点接线端子、含有计时器、开关组的控制总成。控制电路能使得计时器开始计时的瞬间电磁吸盘断电且计时的整个过程中电磁吸盘保持断电状态。外筒正对电磁吸盘下方，上部设有卡轨。内筒底部封闭，外壁上设有与卡轨匹配的导向槽，二者能相对固定在若干个预设的高度位置。在任一预设的高度位置，动触点接线端子能与定触点接线端子导通，为计时器启动计时建立前置条件。电磁吸盘上吸附有落块。落块能落入内筒中与底壁碰撞，使内筒相对外筒向下移动，动触点接线端子与定触点接线端子脱离，停止计时。其能够提升操作实验的方便性，减小实验失败的概率或实验偏差。

技术领域

本发明涉及教学实验装置领域，具体涉及高中物理课中对自由落体的运动规律进行实验时使用到的实验装置。

背景技术

自由落体运动属于匀加速运动。在物理教学过程中，为了直观理解其为匀加速运动，开设有验证实验课。

目前用于模拟自由落体运动的实验装置，主要包括有支架、打点计时器、纸带、挂钩、砝码和直尺。通过借助打点计时器在纸带上留下的连续的打点，及打点计时器每打一一点的时间固定不变的规律，最终获取竖直方向的位移量和对应的时间，来完成验证实验。如果得到的多点(在实验纸上的描点)能够过同一条直线，便证明自由落体为匀加速运动。

当前的自由落体实验装置，操作时需要将打点计时器固定在支架上，纸带穿过打点计时器使其沿竖直方向设置，纸带的下端用夹子连接上砝码，捏着纸带的上端，打开打点计时器时松开纸带，纸带便会在砝码的牵引下穿出打点计时器。根据打点计时器在纸带上的打点分布情况，获取竖直位移数据和时间数据(两两相邻的两点之间的时间长度相同，粗略计为0.02秒，间距不一致)。

上述的自由落体实验装置，要求开启打点计时器后松开纸带，要求纸带保持在竖直方向上，垂直地穿过打点计时器。如果纸带在竖直方向上的垂直性不好，会严重影响实验结果。所以一个人操作时比较不便，增加实验结果具有较大偏差(在实验网格纸上的描点，分布在同一斜线两侧的间距较大或过于分散难以很好地集中在一条直线附近)的可能性或实验失败概率。手持纸带的上部，在初始状态，使纸带(或说砝码)在竖直方向上的初速度保持绝对为零的状态比较不便，而且砝码会存在一定的晃动，也会影响实验效果。

另外，该实验装置用于验证重力加速度g的值时，误差来源主要是相邻两打点之间间距的读数误差，所以需要进行多组实验后，选取操作误差较小的几组实验的结论，取其平均值。

发明内容

针对当前使用的自由落体实验装置，存在的单人操作不方便、容易导致实验失败或者误差过大的问题，本发明提供了一种在物理课上使用的自由落体实验装置，其具有操作方便、有助于降低实验失败概率，提升实验论证效果的优点。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种物理课用自由落体实验装置，包括基座、固定设在基座上的架杆、设在架杆顶部的顶板、固定在顶板上的电磁吸盘、内筒、外筒、设在内筒下部的动触点接线端子、设在外筒上的定触点接线端子和控制总成。

所述控制总成的控制电路中设有计时器、控制所述电磁吸盘通--断电的开关、控制所述计时器开始计时的开关。

所述控制电路的设置使得所述计时器开始计时的瞬间处于通电状态的所述电磁吸盘断电且所述计时器在计时的整个过程中，所述电磁吸盘保持断电状态。

所述外筒固定设置在所述基座上，正对在所述顶板的下方，且所述外筒的上部设有径向向内延伸的卡轨。

所述内筒的底部为封闭端，外壁上设有竖直延伸的且能与所述卡轨匹配的导向槽，使得所述内筒能够相对外筒沿竖直方向滑动，并相对固定在若干个预设的高度位置。是借助卡轨与导向槽之间的相互作用力(夹紧力、摩擦力)，使得内筒相对外筒固定在某(预设的)高度位置。