[發明專利]一種自由落體實驗裝置

在審

• 申請號: 201711060883.5
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN107610563A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 蘇暢
• 申請（專利權）人: 蘇暢
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 浙江納祺律師事務所33257
• 代理人: 朱德寶

技術領域

本發明涉及一種實驗裝置，更具體的說是涉及一種自由落體實驗裝置。

背景技術

自由落體實驗是歷史上非常著名的實驗，其揭示了在地球上重量不同的物體下落的加速度是相同的，而對于這個實驗進行最好的驗證方式便是錢羽管(又稱牛頓管)，通過錢羽管內銅錢和羽毛在一個真空管內的運動來揭示自由落體這一個真理。

現有的錢羽管的結構都是包括真空透明玻璃管、分別固定在真空透明玻璃管兩端的電磁鐵和真空閥門以及在真空透明玻璃管內的羽毛和鐵塊，其中為了方便羽毛被電磁鐵吸引，保證與鐵塊同時下落，現有的羽毛的根部上面會加設一個重量遠小于鐵塊的一小塊鐵，在實驗的過程中，將真空閥門與外部的真空機連接，將電磁鐵通電，同時翻到整個真空管，然后鐵塊和羽毛都被吸附到電磁鐵上，然后開始實驗，一般情況下實驗分兩步驟進行，即有空氣時的實驗和沒空氣時的實驗，有空氣時的實驗就是真空機不抽取真空管內的空氣，斷開電磁鐵的電源，使得羽毛和鐵塊一起下落，沒有空氣時的實驗就是真空機抽取了真空管內的空氣，然后斷開電磁鐵電源使得羽毛和鐵塊一起下落，如此明確的顯示了不同重量的物體在有空氣和沒有空氣的時候的下落速度，然而由于重力加速度g為9.8m/s²所以羽毛和鐵塊的下落速度很快，人用肉眼很難看出羽毛和鐵塊是否同時下落的，因此現有的自由落體運動需要高速攝像機拍下來以后慢放才能夠明確看的到羽毛和鐵塊是否同時下落，這樣在老師課堂演示的過程中就顯得很不方便，同時直觀性不夠，需要先拍再看，同時每一次的自由落體實驗都需要配備一臺高速攝像機，無疑這樣會大幅增加學校的實驗器材成本，不利于在中小學內推廣。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種直觀性強、且成本低廉的自由落體實驗裝置。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種自由落體實驗裝置，包括真空管、設置在真空管兩端的電磁鐵和真空閥門以及設置在真空管內的羽毛和鐵塊，所述真空閥門與外部真空機連接，所述電磁鐵與外部電源控制開關連接，所述真空管包括羽毛管和鐵塊管，所述羽毛管和鐵塊管相互連通，羽毛設置在羽毛管內，鐵塊設置在鐵塊管內，所述電磁鐵包括用于吸住羽毛的羽毛電磁鐵和用于吸住鐵塊的鐵塊電磁鐵，所述真空閥門包括羽毛閥門和鐵塊閥門，所述羽毛電磁鐵和鐵塊電磁鐵分別固定在羽毛管和鐵塊管的一端，所述羽毛閥門和鐵塊閥門分別一一對應固定在羽毛管背向羽毛電磁鐵的一端和鐵塊管背向鐵塊電磁鐵的一端，所述羽毛管和鐵塊管的內壁上均貼設有沿豎直方向排列的若干個光電門，所述羽毛管和鐵塊管的外壁上均貼設有沿豎直方向排列的數量與光電門一一對應的指示燈，所述光電門和指示燈從上至下一一對應耦接，所述光電門與指示燈之間還耦接有延時器，用于將光電門輸出的信號延時后輸入到指示燈內。

作為本發明的進一步改進，若干個所述光電門均具有信號輸出線，所述羽毛電磁鐵和鐵塊電磁鐵均包括用于堵塞住羽毛管和鐵塊管端部的外殼和設置外殼內部的電磁鐵體，所述外殼內設置有用于與延時器耦接的導電盤，所述外殼呈圓柱狀，所述導電盤同軸嵌設在外殼內，所述外殼的側壁上開設有導電連接口，所述信號輸出線的一端與光電門耦接，另一端設有導電插片，所述導電插片通過導電連接口插入到外殼內，并與導電盤相抵觸，其中導電盤的外壁與外殼的內壁緊密貼合構成密封連接。

作為本發明的進一步改進，所述導電盤的上側面和下側面均設有導電內環和導電外環，所述電磁鐵體固定在導電內環上，并與導電內環電連接，所述導電外環靠近導電連接口設置，當導電插片插入到外殼時，導電插片與導電外環相抵觸。

作為本發明的進一步改進，所述延時器包括若干個延時電路和數量與指示燈一一對應的指示燈延時電路，其中，一個指示燈、一個指示燈延時電路和一個光電門為一組，每組內的光電門、指示燈延時電路和指示燈相互串聯，其中，第一組的光電門耦接于電源，次一組的光電門耦接于一個延時電路后與前一組的光電門耦接。

作為本發明的進一步改進，所述延時電路包括：

反相器U1，該反相器U1具有輸入端和輸出端，所述輸入端與前一組的光電門耦接，輸出端輸出反相后的信號；

反相器U2，該反相器U2具有輸入引腳和輸出引腳，所述輸入引腳耦接有放電電阻R后耦接于反相器U1的輸出端，所述輸出引腳耦接于本組的光電門，所述輸入引腳與輸出端之間的節點耦接有電容C后接地。

作為本發明的進一步改進，所述指示燈延時電路包括：