[发明专利]一种用于重力加速度实验的钢球半自动收集装置

说明书

一种用于重力加速度实验的钢球半自动收集装置，包括固定支架、弹簧片、压力传感器、传感器底座、铁芯、线圈、弹簧、桶状盒、信号整流模块、椭圆形轨道、永久磁铁、线绳、定滑轮、电机、开关、收纳盒及固定底座。本发明可以实现对弹簧片上方下落的铁球自动吸附并延时释放，然后可将铁球自动吸附，最后手工控制电机实现对铁球的拉升和收纳。从而避免了传统收纳盒中小球容易蹦出和拾取困难的缺点。

技术领域

本发明涉及物理实验仪器，具体涉及一种用于重力加速度实验的钢球半自动收集装置。

背景技术

自由落体法测重力加速度实验是理工科大学物理实验中常设基础实验之一。它通过测量由静止开始下落小钢球运动某段距离的时间，进而使用图解法或最小二乘法计算得当地重力加速度。在自由落球仪的底端，常用收纳盒等接收自由下落小球。现有的自由落体仪常使用较小的方形收纳盒或布袋承接下落的小球，由于仪器底端三角支架的限制，方形收纳盒存在尺寸受限，高度受限和放置受限的缺点，且小球容易从收纳盒中弹出，滚落至实验台桌底，不易寻回。收纳布袋使用中，其开口较小，取球受限，且常出现底部被高速下落小球击穿，造成小球漏出现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于重力加速度实验的钢球半自动收集装置。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

一种用于重力加速度实验的钢球半自动收集装置，其特征在于，包括支撑框架、多级缓冲装置、落球感应延时控制模块、钢球提升模块及回收模块；

支撑框架包括底座、固定在底座上的圆形罩和横放在底座上的圆管，圆形罩上端开口，圆管的一部分伸入圆形罩内，圆管的两端上表面各有一个开口；

还包括防逆回弹簧片，防逆回弹簧片固定于圆形罩的上方的圆孔处，弹簧片为上宽下窄的锥型结构；

多级缓冲装置包括初级缓冲装置、椭圆形牵引轨道和斜面，初级缓冲装置嵌套于圆形桶中，圆形桶位于圆形罩内并竖直放置在底座上，初级缓冲装置包括缓冲弹簧、活动铁芯、绝缘线圈、导电圆金属片和压电传感器，活动铁芯位于缓冲弹簧上方并与缓冲弹簧相连，绝缘线圈固定在活动铁芯上、导电圆金属片倾斜着固定在铁芯上端，导电圆金属片的倾斜方向朝向圆管伸入圆形罩部分的开口，电传感器固定在导电圆金属片，绝缘线圈通过导线与直流电源相连，绝缘线圈与直流电源之间串联用于控制通电时长的延时电路，压电传感器通过导线与有整流电路相连；

椭圆形牵引轨道位于圆管内，椭圆形牵引轨道上具有凹槽，椭圆形牵引轨道靠近圆形桶一侧内置有弱永磁铁，圆管伸入圆形罩部分的开口上方固定有斜面，斜面的一端与圆管伸入圆形罩部分的开口相贴，斜面的另一端与圆形罩内壁相贴；

钢球提升模块及回收模块包括提升装置和钢球收集盒，提升装置包括电机支架、步进电机、定滑轮、柔性线绳、强磁铁、双向开关，双向开关与步进电机相连，步进电机固定在电机支架上，柔性线绳的一端缠绕在步进电机输出轴上，柔性线绳的另一端绕过定滑轮后与强磁铁相连，强磁铁垂吊在圆管伸出圆形罩部分的开口上方。

优选的，所述底座为木质底座，所述圆形罩为有机玻璃材质，所述圆管为圆形有机玻璃管。

优选的，所述木质底座距离支撑面3～4cm，木质底座底部固定有3个圆形橡胶足。

优选的，所述圆形有机玻璃罩厚度为3mm，直径为10cm。

优选的，所述导电圆金属片的倾角为5°，所述斜面的倾角为30°。

优选的，所述椭圆形牵引轨道的材质为聚丙乙烯塑料。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的装置可自动感应和收取自由落体仪中下落小钢球的收纳盒，并能半自动地将小钢球提升至实验台面高度的收纳提升装置；