一种自由落体演示器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种自由落体演示器，包括凸轮顶升装置、下落高度指示装置和时间表示装置，在凸轮顶升装置作用下，下落高度指示装置得到的数值与时间表示装置得到的数值符合自由落体公式，通过转动凸轮，可使学生清晰的观察到自由落体运动的特点，同时本自由落体演示器克服了传统自由落体实验器材必须通电的弊端，安全系数更高，成本更低，便于推广应用。
【专利说明】
一种自由落体演示器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种教学教具，具体的讲是一种自由落体演示器。
【背景技术】
[0002] 现有物理课教学中，重力加速度实验大部分都是通过电火花放电记录自由落体物 体的运动轨迹，但是由于物体下落速度太快，不利于学生具体观察自由落体物体的运动特 点，而且实验过程中要用到脉冲发生器和感应圈，会产生脉冲高压，存在安全隐患。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种自由落体演示器，可以根据需要放慢 物体自由落体过程，便于学生观察自由落体规律，同时通过完全采用机械结构演示自由落 体，避免了电流对实验者造成的伤害。
[0004] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种自由落体演示器，包括凸轮 顶升装置、下落高度指示装置和时间表示装置，所述凸轮顶升装置包括渐开线凸轮、传动 轴、旋转摇手和壳体，所述旋转摇手、渐开线凸轮分别固定连接在传动轴上，所述渐开线凸 轮方向为竖直，所述渐开线凸轮位于壳体内部，所述旋转摇手位于壳体外部，所述旋转摇手 通过传动轴带动渐开线凸轮绕传动轴轴线转动，所述下落高度指示装置包括渐开线凸轮正 上方沿竖直方向放置的标尺和推杆，推杆顶端设置有指示标尺刻度的标记，所述标尺固定 不动，所述推杆下端与渐开线凸轮的外缘接触，所述壳体顶部设置有与推杆对应的通孔，所 述通孔与推杆滑动连接，所述通孔和渐开线凸轮将推杆限制为仅能沿竖直方向做直线运 动，所述时间表示装置包括壳体上设置的圆盘刻度与旋转摇手上设置的指向圆盘刻度的标 记线，所述圆盘刻度位于壳体靠近旋转摇手的面上，且圆盘刻度的圆心位于传动轴的轴线 上。
[0005] 为了演示自由落体运动轨迹，凸轮外缘半径r取值
，其中r表示凸轮基圆半 径，因为自由落体公式
·，圆盘刻度t取值根据标尺长度确定，k取值参照公式
[0006] 演示自由落体时，匀速转动旋转摇手，即可观察自由落体的特点，停止转动旋转把 手，记录旋转把手上指示线指示的时间和推杆顶端对应的刻度，计算出重力加速度，也可使 旋转把手连续转动相同角度，记录对应的时间和推杆顶端扫过的距离，观察自由落体特点。
[0007] 本实用新型的有益效果是:在凸轮顶升装置作用下，下落高度指示装置得到的数 值与时间表示装置得到的数值符合自由落体公式，通过转动凸轮，可使学生清晰的观察到 自由落体运动的特点，同时本自由落体演示器克服了传统自由落体实验器材必须通电的弊 端，安全系数更高，成本更低，便于推广应用。
[0008] 在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
[0009] 进一步，所述渐开线凸轮外缘上设置有沿渐开线延伸的凹槽，所述凹槽的两端封 闭，所述推杆下端与凹槽底面接触，该结构可有效防止转动旋转摇手时推杆滑脱出渐开线 凸轮。
[0010] 进一步，所述自由落体演示器还包括使推杆下端与渐开线凸轮始终接触的保持装 置，所述保持装置包括挡板和弹簧，所述挡板固定连接在推杆位于壳体内部的区段上，所述 弹簧的两端分别固定连接到壳体顶部内壁和挡板上，所述弹簧始终处于压缩状态，该保持 装置始终对推杆施加指向凸轮的作用力，在演示自由落体时，可推动推杆紧贴凸轮运动，保 证数据准确性。
[0011] 进一步，所述弹簧的数量为双数，且关于推杆对称分布，该结构既能保证保持装置 的可靠性，又能增加保持装置运行时的平稳性。
【附图说明】
[0012] 图1为自由落体演示器的示意图；
[0013] 图2为自由落体演示器的左视图；
[0014] 图3为凸轮的主视图。
[0015] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0016] 1、推杆，101、挡板，2、标尺，3、通孔，4、弹簧，5、凸轮，501、凹槽，6、壳体，601、圆盘 刻度，7、旋转摇手，701、标记线，8、传动轴。
【具体实施方式】
[0017] 以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用 新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0018] 如图所示，本实用新型所述的自由落体演示器包括凸轮顶升装置、下落高度指示 装置和时间表示装置，所述凸轮顶升装置包括渐开线凸轮5、传动轴8、旋转摇手7和壳体6， 所述旋转摇手7、渐开线凸轮5分别固定连接在传动轴8上，所述渐开线凸轮5方向为竖直，所 述渐开线凸轮5位于壳体6内部，所述旋转摇手7位于壳体6外部，所述旋转摇手7通过传动轴 8带动渐开线凸轮5绕传动轴8轴线转动，所述下落高度指示装置包括渐开线凸轮5正上方沿 竖直方向放置的标尺2和推杆1，推杆1顶端设置有指示标尺2刻度的标记，所述标尺2固定不 动，所述推杆1的下端与渐开线凸轮5的外缘接触，所述壳体6的顶端设置有与推杆1对应的 通孔3,所述通孔3与推杆1滑动连接，所述通孔3和渐开线凸轮5将推杆1限制为仅能沿竖直 方向做直线运动，所述时间表示装置包括壳体6上设置的圆盘刻度601与旋转摇手7上设置 的指向圆盘刻度601的标记线701，所述圆盘刻度601位于壳体6靠近旋转摇手7的面上，且所 述圆盘刻度601的圆心位于传动轴8的轴线上。
[0019] 进一步，所述渐开线凸轮5外缘上设置有沿渐开线延伸的凹槽501，所述凹槽501的 两端封闭。
[0020] 进一步，所述自由落体演示器还包括使推杆1的下端与渐开线凸轮5始终接触的保 持装置，所述保持装置包括挡板101和弹簧4,所述挡板101固定连接在推杆1位于壳体6内部 的区段上，所述弹簧4的两端分别固定连接到壳体6的顶部内壁和挡板101上。
[0021] 进一步，所述弹簧4的数量为双数，且关于推杆1对称分布。
[0022]在本实用新型中，圆盘刻度601沿圆周等分成100份，标尺1尺寸为20cm，由公式 推出t最大取值为0.2s，圆盘刻度601上每相邻两刻度线之间代表时间〃 δ t = 〃0.2
100 = 2χ10_3，
θ最大值取2π，，取θ = 〇时，推杆1顶端的标 记对应标尺2上的刻度为0。
[0023] 在课堂演示自由落体实验时，只需匀速缓慢转动旋转摇手7即可让学生清晰地看 到自由落体的运动特点，旋转摇手7转动到任意位置停止，记录下标记线701指示的圆盘刻 度601上对应的时间值to和推杆1顶端标记对应的标尺2上的刻度ho,让学生计算重力加速 度。
[0024] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用 新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保 护范围之内。
【主权项】
1. 一种自由落体演示器，其特征在于，包括凸轮顶升装置、下落高度指示装置和时间表 示装置； 所述凸轮顶升装置包括渐开线凸轮(5)、传动轴(8)、旋转摇手(7)和壳体(6)，所述旋转 摇手(7)、渐开线凸轮(5)分别固定连接在传动轴(8)上，所述渐开线凸轮(5)方向为竖直，所 述渐开线凸轮(5)位于壳体(6)内部，所述旋转摇手(7)位于壳体(6)外部，所述旋转摇手(7) 通过传动轴(8)带动渐开线凸轮(5)绕传动轴(8)的轴线转动； 所述下落高度指示装置包括竖直放置的标尺(2)和对应的推杆（1)，所述推杆（1)顶端 设置有指示标尺(2)刻度的标记，所述标尺(2)固定放置在渐开线凸轮(5)的正上方，所述推 杆(1)的下端与渐开线凸轮(5)的外缘接触，所述壳体(6)的顶部设置有与推杆(1)对应的通 孔(3)，所述通孔(3)与推杆（1)滑动连接，所述通孔(3)和渐开线凸轮(5)将推杆（1)限制为 仅能沿竖直方向做直线运动； 所述时间表示装置包括壳体(6)侧壁上设置的圆盘刻度(601)和旋转摇手(7)上设置的 指向圆盘刻度(601)的标记线(701)，所述圆盘刻度(601)的圆心位于传动轴⑶的轴线上。2. 如权利要求1所述的自由落体演示器，其特征在于，所述渐开线凸轮(5)外缘上设置 有沿渐开线外缘延伸的凹槽(501)，所述凹槽(501)的两端封闭，所述推杆（1)的下端与凹槽 (501)的底面接触。3. 如权利要求1或2任一项所述的自由落体演示器，其特征在于，所述自由落体演示器 还包括使推杆(1)的下端与渐开线凸轮(5)的外缘始终接触的保持装置，所述保持装置包括 挡板（101)和弹簧(4)，所述挡板（101)固定连接在推杆（1)位于壳体(6)内部的区段上，所述 弹簧(4)的两端分别固定连接到壳体(6)的顶端内壁和挡板(101)上。4. 如权利要求3所述的自由落体演示器，其特征在于，所述弹簧(4)的数量为双数，且关 于推杆(1)对称分布。
【文档编号】g09b23/10gk205645040sq201620142511
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年2月25日
【发明人】付仪雯
【申请人】付仪雯