本實(shí)用新型屬于教育或演示用具；用于教學(xué)或與盲人、聾人或啞人通信的用具；模型；天象儀；地球儀；地圖；圖表的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種能精確測定重力加速度值、更好了解基礎(chǔ)物理的重力加速度實(shí)驗(yàn)教具。

背景技術(shù)：

重力加速度是一個(gè)物體受重力作用的情況下所具有的加速度，通常指地面附近物體受地球引力作用在真空中下落的加速度，記為g，其方向豎直向下，其大小由多種方法可測定，為了便于計(jì)算，其近似標(biāo)準(zhǔn)值通常取為9.8m/s^2。

重力加速度的實(shí)驗(yàn)在中學(xué)教學(xué)中是相當(dāng)重要的，一般現(xiàn)有的測量重力加速度的方法是將一個(gè)小車的一端通過細(xì)繩綁住一個(gè)鉛錘，在小車的另一端連接一張紙條，并將紙條放置在打點(diǎn)機(jī)中，在實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生在桌側(cè)放開鉛錘，使其自由落體，同時(shí)打點(diǎn)機(jī)開始工作，在紙條上打點(diǎn)，鉛錘落地后收集紙條，對紙條上的標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行測量，根據(jù)重力加速度公式計(jì)算，最終計(jì)算得到重力加速度的g值。

現(xiàn)有技術(shù)中，這種重力加速度的實(shí)驗(yàn)教具使用了幾代學(xué)生，但是其明顯存在有干擾因素，包括桌面的摩擦力對于小車行進(jìn)的影響、打點(diǎn)機(jī)的打點(diǎn)精準(zhǔn)度對于測量的影響、測量點(diǎn)的選擇對于測量的影響、測量點(diǎn)的測量對于最終計(jì)算值的影響，這導(dǎo)致了學(xué)生能基本了解重力加速度的實(shí)驗(yàn)方式，但是重力加速度的測量結(jié)果誤差大、操作復(fù)雜，并不利于課堂教學(xué)的正常開展，有悖于實(shí)驗(yàn)課的初衷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有技術(shù)中，重力加速度的實(shí)驗(yàn)教具明顯存在干擾因素，包括桌面的摩擦力對于小車行進(jìn)的影響、打點(diǎn)機(jī)的打點(diǎn)精準(zhǔn)度對于測量的影響、測量點(diǎn)的選擇對于測量的影響、測量點(diǎn)的測量對于最終計(jì)算值的影響，而導(dǎo)致的學(xué)生雖然能基本了解重力加速度的實(shí)驗(yàn)方式，但是由于重力加速度的測量結(jié)果誤差大、操作復(fù)雜，并不利于課堂教學(xué)的正常開展，有悖于實(shí)驗(yàn)課的初衷的問題，進(jìn)而提供了一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)的重力加速度實(shí)驗(yàn)教具。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是，一種重力加速度實(shí)驗(yàn)教具，包括內(nèi)設(shè)有金屬球的透明真空筒，所述真空筒的頂端的上蓋中心設(shè)有開孔，所述開孔中設(shè)有鐵棒，所述鐵棒外側(cè)繞設(shè)有導(dǎo)線，所述導(dǎo)線的外側(cè)與所述開孔的孔壁貼合設(shè)置；所述真空筒外側(cè)貼設(shè)有若干檢測光源，所述檢測光源相對側(cè)的真空筒外側(cè)設(shè)有與所述若干檢測光源一一對應(yīng)的接收器，所述接收器連接至控制器；所述實(shí)驗(yàn)教具包括電源，所述電源的一端連接至單刀雙擲開關(guān)的動端，所述單刀雙擲開關(guān)的第一不動端連接至所述導(dǎo)線的一端，所述導(dǎo)線的另一端連接至電源的另一端，所述單刀雙擲開關(guān)的第二不動端順次與所述若干檢測光源、接收器和控制器串聯(lián)，所述控制器的另一端連接至電源的另一端。

優(yōu)選地，所述鐵棒的下端面高于與所述開孔的下邊緣，所述鐵棒的下端面與開孔下邊緣間的距離等于金屬球的直徑。

優(yōu)選地，所述鐵棒與所述真空筒同軸設(shè)置。

優(yōu)選地，所述控制器中包括電路板，所述電路板上設(shè)有與單片機(jī)連接的計(jì)時(shí)器和顯示器，所述接收器與單片機(jī)連接。

優(yōu)選地，所述真空筒的底端設(shè)有緩沖墊。

優(yōu)選地，所述電源為直流電源。

優(yōu)選地，所述真空筒為矩形柱體。

本實(shí)用新型提供了一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)的重力加速度實(shí)驗(yàn)教具，通過在內(nèi)設(shè)金屬球的透明真空筒的頂端設(shè)置開孔，并在開孔中設(shè)有繞設(shè)了導(dǎo)線的鐵棒，同時(shí)在真空筒外側(cè)成對設(shè)置若干檢測光源和接收器，通過設(shè)置二選一電路，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)的第一不動端接通時(shí)，導(dǎo)線通電、鐵棒帶磁、吸附金屬球，金屬球處于初始狀態(tài)，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)的第二不動端接通時(shí)，與之串聯(lián)的檢測光源、接收器和控制器同時(shí)工作，金屬球落下，控制器獲得接收器的斷開時(shí)間，相鄰接收器間的工作距離可調(diào)整可測量，即可以通過畫圖或公式直接計(jì)算的形式計(jì)算出重力加速度的值g。本實(shí)用新型最大程度減小了摩擦力對于計(jì)算結(jié)果的影響，采用更為精準(zhǔn)的測量方式，獲得最終的計(jì)算值，外來影響小，學(xué)生在了解重力加速度的實(shí)驗(yàn)方式的同時(shí)能獲得更為精確的測量結(jié)果，還同時(shí)有助于多個(gè)物理原理的理解，操作簡單，單人即可簡單完成，可以教師單獨(dú)演示，也可以由學(xué)生自行操作，有利于課堂教學(xué)的正常開展。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的部分剖視圖結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不限于此。

如圖所示，本實(shí)用新型涉及一種重力加速度實(shí)驗(yàn)教具，包括內(nèi)設(shè)有金屬球1的透明真空筒2，所述真空筒2的頂端的上蓋12中心設(shè)有開孔3，所述開孔3中設(shè)有鐵棒4，所述鐵棒4外側(cè)繞設(shè)有導(dǎo)線5，所述導(dǎo)線5的外側(cè)與所述開孔3的孔壁貼合設(shè)置；所述真空筒2外側(cè)貼設(shè)有若干檢測光源6，所述檢測光源6相對側(cè)的真空筒2外側(cè)設(shè)有與所述若干檢測光源6一一對應(yīng)的接收器7，所述接收器7連接至控制器8；所述實(shí)驗(yàn)教具包括電源，所述電源9的一端連接至單刀雙擲開關(guān)10的動端，所述單刀雙擲開關(guān)10的第一不動端連接至所述導(dǎo)線5的一端，所述導(dǎo)線5的另一端連接至電源9的另一端，所述單刀雙擲開關(guān)10的第二不動端順次與所述若干檢測光源6、接收器7和控制器8串聯(lián)，所述控制器8的另一端連接至電源9的另一端。

本實(shí)用新型中，首先將實(shí)驗(yàn)的場合限定在真空中，更符合實(shí)際對重力加速度的定義，亦減小了外界因素對實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的影響。

本實(shí)用新型中，采用一個(gè)內(nèi)部設(shè)有金屬球1的透明真空筒2完成實(shí)驗(yàn)，金屬球1可以在真空筒2內(nèi)自由移動，真空筒2有利于保證金屬球1在運(yùn)動過程中不受空氣阻力的影響，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的盡可能精準(zhǔn)。

本實(shí)用新型中，為了保證金屬球1可以在真空筒2內(nèi)進(jìn)行自由落體，且同時(shí)落體的路徑為豎直方向，故在真空筒2的頂端設(shè)置開孔3，并在上蓋12中心的開孔3中設(shè)置繞設(shè)導(dǎo)線5的鐵棒4，此結(jié)構(gòu)不僅有助于重力加速度的測量講解，還可以幫助學(xué)生了解通電螺線管通電后會帶磁的這一現(xiàn)象。

本實(shí)用新型中，在真空筒2外側(cè)成對設(shè)置若干檢測光源6和接收器7，同時(shí)設(shè)置二選一電路，一條電路可以接通導(dǎo)線5、使得鐵棒4帶磁吸附金屬球1，另一條電路可以接通檢測光源6、接收器7和控制器8，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)10的第一不動端接通時(shí)，導(dǎo)線5通電、鐵棒4帶磁、吸附金屬球1，金屬球1處于初始狀態(tài)，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)10的第二不動端接通時(shí)，與之串聯(lián)的檢測光源6、接收器7和控制器8同時(shí)工作，金屬球1落下，控制器8從0開始計(jì)時(shí)，可以獲得接收器7的斷開時(shí)間，相鄰接收器7間的工作距離可調(diào)整可測量，且由于使用了檢測光源6，故而距離測量更為精準(zhǔn)，可以直接取光束中點(diǎn)間的距離，進(jìn)而可以通過畫圖或公式直接計(jì)算的形式計(jì)算出重力加速度的值g。

本實(shí)用新型中，檢測光源6和接收器7應(yīng)當(dāng)成對設(shè)置，為了保證更為精確的測量效果，一般情況下，檢測光源6和接收器7至少設(shè)置2對。

本實(shí)用新型最大程度減小了摩擦力對于計(jì)算結(jié)果的影響，采用更為精準(zhǔn)的測量方式，獲得最終的計(jì)算值，外來影響小，學(xué)生在了解重力加速度的實(shí)驗(yàn)方式的同時(shí)能獲得更為精確的測量結(jié)果，還同時(shí)有助于多個(gè)物理原理的理解，操作簡單，單人即可簡單完成，可以教師單獨(dú)演示，也可以由學(xué)生自行操作，有利于課堂教學(xué)的正常開展。

所述鐵棒4的下端面高于與所述開孔3的下邊緣，所述鐵棒4的下端面與開孔3下邊緣間的距離等于金屬球1的直徑。

本實(shí)用新型中，由于控制器8獲得接收器7接收光線中斷的時(shí)間點(diǎn)從金屬球1觸及檢測光源6和接收器7的連接線起算，即金屬球1的下端部為觸發(fā)位置，故而為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性，鐵棒4的下端面與開孔3的下邊緣間的距離應(yīng)當(dāng)正好可以容納金屬球1，即金屬球1的下端部為計(jì)算0位。

所述鐵棒4與所述真空筒2同軸設(shè)置。

本實(shí)用新型中，為了排除其余的影響因素，亦為了結(jié)構(gòu)設(shè)置的便利性，鐵棒4和真空筒2同軸設(shè)置，可以保證金屬球1落下的路徑始終處于真空筒2中心軸位置。

所述控制器8中包括電路板，所述電路板上設(shè)有與單片機(jī)連接的計(jì)時(shí)器和顯示器，所述接收器7與單片機(jī)連接。

本實(shí)用新型中，計(jì)時(shí)作業(yè)通過控制器8中的電路板完成，電路板上設(shè)置有與單片機(jī)配合的計(jì)時(shí)器和顯示器，計(jì)時(shí)器一般為計(jì)時(shí)電路，顯示器是為了便于學(xué)生更清楚的獲知實(shí)際的觸發(fā)時(shí)間，控制器8通過接收器被觸發(fā)傳輸信號至單片機(jī)，進(jìn)而通過計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，獲得金屬球1落下的時(shí)間點(diǎn)，進(jìn)而幫助學(xué)生理解時(shí)間和距離間的關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算得到重力加速度值g。

本實(shí)用新型中，現(xiàn)有可供選擇的可擴(kuò)展計(jì)時(shí)和顯示功能的單片機(jī)種類廣泛，具體單片機(jī)的選擇可以根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員對于本技術(shù)的理解自行選擇。

所述真空筒2的底端設(shè)有緩沖墊11。

本實(shí)用新型中，為了保證教具的使用壽命，在真空筒2的底端設(shè)置有緩沖墊11，當(dāng)金屬球1通過最后一對檢測光源6和接收器7后已經(jīng)完成工作不再繼續(xù)計(jì)時(shí)，故而緩沖墊11的設(shè)置并不會影響到實(shí)際的實(shí)驗(yàn)測量，能更好的保護(hù)真空筒2，使得其能保持較好的真空狀態(tài)。

所述電源9為直流電源。

本實(shí)用新型中，電源9為簡單的直流電源即能完成重力加速度的測量實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)用新型中，所有的連接件都可以設(shè)置為可拆裝的，教具本身還可以鍛煉學(xué)生設(shè)計(jì)電路的思維。

所述真空筒2為矩形柱體。

本實(shí)用新型中，為了更好的設(shè)置檢測光源6和接收器7，同時(shí)亦為了減小光的折射散射等對于測量的影響，故將真空筒2設(shè)置為矩形柱體，檢測光源6和接收器7的設(shè)置更為合理。

本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中，重力加速度的實(shí)驗(yàn)教具明顯存在干擾因素，包括桌面的摩擦力對于小車行進(jìn)的影響、打點(diǎn)機(jī)的打點(diǎn)精準(zhǔn)度對于測量的影響、測量點(diǎn)的選擇對于測量的影響、測量點(diǎn)的測量對于最終計(jì)算值的影響，而導(dǎo)致的學(xué)生雖然能基本了解重力加速度的實(shí)驗(yàn)方式，但是由于重力加速度的測量結(jié)果誤差大、操作復(fù)雜，并不利于課堂教學(xué)的正常開展，有悖于實(shí)驗(yàn)課的初衷的問題，通過在內(nèi)設(shè)金屬球1的透明真空筒2的頂端設(shè)置開孔3，并在開孔3中設(shè)有繞設(shè)了導(dǎo)線5的鐵棒4，同時(shí)在真空筒2外側(cè)成對設(shè)置若干檢測光源6和接收器7，通過設(shè)置二選一電路，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)10的第一不動端接通時(shí)，導(dǎo)線5通電、鐵棒4帶磁、吸附金屬球1，金屬球1處于初始狀態(tài)，當(dāng)單刀雙擲開關(guān)10的第二不動端接通時(shí)，與之串聯(lián)的檢測光源6、接收器7和控制器8同時(shí)工作，金屬球1落下，控制器8獲得接收器7的斷開時(shí)間，相鄰接收器7間的工作距離可調(diào)整可測量，即可以通過畫圖或公式直接計(jì)算的形式計(jì)算出重力加速度的值g。本實(shí)用新型最大程度減小了摩擦力對于計(jì)算結(jié)果的影響，采用更為精準(zhǔn)的測量方式，獲得最終的計(jì)算值，外來影響小，學(xué)生在了解重力加速度的實(shí)驗(yàn)方式的同時(shí)能獲得更為精確的測量結(jié)果，還同時(shí)有助于多個(gè)物理原理的理解，操作簡單，單人即可簡單完成，可以教師單獨(dú)演示，也可以由學(xué)生自行操作，有利于課堂教學(xué)的正常開展。