自由落体研究仪制造技术

自由落体研究仪是一种研究自由落体运动规律的装置，它与同步电火花打点计时器的原理相似，其特征在于：具有由支架、底座调节螺丝、框架、有软磁体为芯的线圈、垂直线、竖直滑衬、重物组成的自由落体装置；金属板竖直安装在框架上；放电尖针安装在竖直下落的物体上。（*该技术在2004年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及一种研究和验证自由落体运动规律的仪器。目前，公知的对自由落体运动进行研究的方法主要有两种一种是利用闪光照片，另一种是利用电磁打点计时器，前一种虽有较好的直观效果，但实验设备昂贵，实验过程繁难，在中学教学中，目前只是纸上谈兵。后一种因打点位置不代表重物瞬时所在位置，故直观性差，且实验误差较大，以上两种方法都不具有同步打点功能，本技术是为解决以上不足而设计。本技术力求提供一种既有很好的直观效果和准确度，又结构较简单、生产成本较低、操作方便的仪器，以便学生能简便地、直观地、准确地对自由落体运动的规律进行研究和验证。本技术是这样实现的设计一个自由落体装置，这个装置有一个支架，有一框架安装在支架上，在框架上安装竖直滑杆(滑轨)，为判断竖直滑杆是否在竖直线上，框架上设计一重垂线。将自由下落的重物用软磁材料制成(也可用非铁磁性物质制成，这时需在其上部安装一块软磁体)，在重物中央打一孔，使重物套在竖直滑杆上，并能滑动自如；将同步石英电火花打点计时器中的同步释放系统中的电磁线圈安在竖直滑杆的上端附近；将一光亮金属板条竖直安在框架上，并用一根导线把金属板条与同步石英电火花打点计时器的脉冲发生器的一个输出端相接；将一弹片尖针安装在重物上，并用一根细软导线把它与同步石英电火花打点计时器的脉冲发生器的另一个输出端相接，然后在金属板条与弹片尖针之间安放一条炭粉纸带(或者有炭粉的眷影纸带)。在实验过程中，常常需要把重物移至竖直滑杆的上端，在上移过程中，弹片尖针容易划坏炭粉纸带，为此，在重物上设计了一个拔针装置，在重物上移时，利用这一拔针装置使弹片尖针与炭粉纸带脱离，下落时使弹片尖针与炭粉纸带接触。这样，操作起来显得更加方便，这个拔针装置由拔针杆、固定轴和弹簧组成，固定轴固定在重物上，拔针杆可绕固定轴转动，弹簧套在固定轴上，能给拔针杆一定压力，借助于拔针杆与重物之间的摩擦力，拔针杆转到任一位置都能稳住。由于采用该仪器来研究自由落体运动，重物开始下落的瞬间，计时器在金属板条上打下第一个点，以后，每隔一周期打下一个点，重物下落到第n个点位置所用的时间t＝(n-1)T(T为打点周期)，我们只要测量一下从第一个点到第n个点的距离S，就很快用S＝gt2/2求出重力加速度g，同时还可以得出自由落体在连续相等的时间里所发生的位移之比S1∶S2∶S3……＝1∶3∶5……的规律；用S＝gt2/2来测算重力加速度，在此以前是无法现的。它比用a＝Δs/T2来测算加速度要简便得多，因Δs的测算比较麻烦，而s一下就测出，而且用s＝gt2/2来测算，学生易于理解和接受，该仪器操作简便，简述如下1，调节底座螺丝，使竖直滑杆处于竖直线上(利用重垂线来判断)。2，顺时针方向扳动拔针杆，使弹片尖针脱离炭粉纸带，用手将重物移至竖直滑杆的上端，使之与电磁线圈的铁芯吻合，然后按下K1，让电磁线圈吸住重物。3，反时针方向转动拔钟杆，弹片尖针依靠自身的弹力，其针尖与炭粉带接触，然后按下K5，重物自行下落，同时完成打点计时。4，取下金属板，利用打在板上的计时点进行测算，整个过程就这么简单的几步，在很短的时间内完成。从仪器的结构原理可知，其生产成本很低，估计整个(包括电子线路和机械)生产成本约30元，售价在100元左右，生产厂家仍有很高利润，这个价格为广大高中学校所能接受。以下结合附图对此适用新型进一步说明。图一是同步石英电火花打点计时器原理图。图二是自由落体研究仪原理图。图二中1，支架2，底座调节螺丝3，框架4，有软磁体为芯的线圈5，金属板条6，炭粉纸带7，弹片尖针8，竖直滑杆9，绝缘子10，重垂线11，重物12，拔针装置图二中的电子线路与图一是相同的，所不同的是脉冲发生器的一个输出端有一根导线与一块竖直放置的金属板相接，另一个输出端有一根细软导线与一个安装在能做自由落体运动的重物上的弹片尖针相连接；有软磁体为芯的线圈安装在一竖直滑杆的上端附近。重物用软磁材料制成，也可以用非铁磁性材料制成，但此时必须在其上部安装一块适当的软磁体，以使重物能被电磁线圈吸住，重物的质量不宜过大或过小。实践证明过小时，重物下落过程中容易发生转动，且各种阻力(空气阻力、滑杆对重物的摩擦力，炭粉纸对弹片尖针的阻力)引起的相对误差增大。过大时，重物下落到底端时对框架的冲击力过大，因此重物的重量取200—500克为宜。重物中间打孔，使之能套在竖直滑杆上，滑杆和孔都尽量加工光滑，减小下落过程中的摩擦力，弹片尖针应有很好的弹性。但弹力不能过大，支架是为支撑框架而设立，为能使竖直杆准确地置于竖直线上，支架底座设有三个调节螺钉，并设置了重垂线。为防止输出脉冲短路而打不出“点”来，在竖直滑杆与框架相连接的部位设有绝缘子。(绝缘子也可以安在其它部位，如弹片尖针与重物之间)。图二的电气原理是这样的C1、R1、石英晶体与IC4060的9、10、11脚组成石英晶体振荡电路，当石英晶体的谐振频率为32768赫兹时，在15脚和1脚分别得到32HZ和8HZ方波，经C2微分后得到空度系数大的脉冲，再经BG1、BG2、BG3放大，B2升压后，得到幅度很大的脉冲。K5、BG4、MCR100—6，软磁体为芯的线圈，R8、R9、R10、R11、R12组成同步释放系统。实验时，按下K5后，当第一个脉冲通过K5时，可控硅MCR100—6被导通，使BG4基极电位低于发射极电位而截止，软磁体为芯的线圈的励磁电流被切断，重物被释放，同时对外输出一个脉冲，脉冲通过金属板和放尖针击穿眷影纸带，并在金属板上打下第一个点，这样就完成了同步打点。权利要求1.一种对自由落体运动进行计时的装置——自由落体研究仪，它具有由电源电路、石英晶体振荡电路、分频电路、微分电路和能把脉冲幅度扩大到数百伏以上的放大电路组成的脉冲发生器，具有由同步开关、打点自动切断励磁电流电路和有软磁体为芯的线圈组成的打点自动释放系统；其特征在于脉冲发生器的一个输出端有一根导线与一安装在自由落体装置上的竖直放置的金属板条相连接；另一个输出端有一根细软导线与一个安装在自由落体装置中的重物上的弹片尖针相连接，在金属板条和弹片尖针之间有一条炭粉纸带。2.根据权利要求1所述的自由落体研究仪，其特征在于具有由底座有调节螺丝的支架、框架、竖直滑杆、竖直金属板条、重垂线、重物、电磁线圈、碳粉纸带、绝缘子组成的自由落体装置；其中，支架支持着框架，框架支持着竖直滑杆、竖直金属板条和重垂线；电磁线圈在竖直滑杆的上端附近，重物套在竖直滑杆上，能自如滑动。3.根据权利要求1所述的自由落体研究仪，其特征在于自由落体装置中的重物由软磁材料制成4.根据权利要求1所述的自由落体研究仪，其特征在于自由落体装置中的重物由非铁磁性材料制成，其上部安装有一软磁体。5.根据权利要求1所述的自由落体研究仪，其特征在于自由落体装置中的重物上有一个由固定轴、弹簧、拨针杆组成的拨针装置。专利摘要自由落体研究仪是一种研究自由落体运动规律的装置，它与同步电火花打点计时器的原理相似，其特征在于具有由支架、底座调节螺丝、框架、有软磁体为芯的线圈、垂直线、竖直滑衬、重物组成的自由落体装置；金属板竖直安装在框架上；放电尖针安装在竖直下落的物体上。文档编号G09B23/08GK2226789SQ9420920公本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对自由落体运动进行计时的装置－自由落体研究仪，它具有由电源电路、石英晶体振荡电路、分频电路、微分电路和能把脉冲幅度扩大到数百伏以上的放大电路组成的脉冲发生器，具有由同步开关、打点自动切断励磁电流电路和有软磁体为芯的线圈组成的打点自动释放系统；其特征在于：脉冲发生器的一个输出端有一根导线与一安装在自由落体装置上的竖直放置的金属板条相连接；另一个输出端有一根细软导线与一个安装在自由落体装置中的重物上的弹片尖针相连接，在金属板条和弹片尖针之间有一条炭粉纸带。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗华，
申请(专利权)人：刘宗华，
类型：实用新型
国别省市：42[中国|湖北]