一種自由落體演示器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種自由落體演示器，包括凸輪頂升裝置、下落高度指示裝置和時間表示裝置，在凸輪頂升裝置作用下，下落高度指示裝置得到的數值與時間表示裝置得到的數值符合自由落體公式，通過轉動凸輪，可使學生清晰的觀察到自由落體運動的特點，同時本自由落體演示器克服了傳統自由落體實驗器材必須通電的弊端，安全系數更高，成本更低，便于推廣應用。
【專利說明】
一種自由落體演示器
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種教學教具，具體的講是一種自由落體演示器。
【背景技術】
[0002] 現有物理課教學中，重力加速度實驗大部分都是通過電火花放電記錄自由落體物 體的運動軌跡，但是由于物體下落速度太快，不利于學生具體觀察自由落體物體的運動特 點，而且實驗過程中要用到脈沖發生器和感應圈，會產生脈沖高壓，存在安全隱患。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種自由落體演示器，可以根據需要放慢 物體自由落體過程，便于學生觀察自由落體規律，同時通過完全采用機械結構演示自由落 體，避免了電流對實驗者造成的傷害。
[0004] 本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種自由落體演示器，包括凸輪 頂升裝置、下落高度指示裝置和時間表示裝置，所述凸輪頂升裝置包括漸開線凸輪、傳動 軸、旋轉搖手和殼體，所述旋轉搖手、漸開線凸輪分別固定連接在傳動軸上，所述漸開線凸 輪方向為豎直，所述漸開線凸輪位于殼體內部，所述旋轉搖手位于殼體外部，所述旋轉搖手 通過傳動軸帶動漸開線凸輪繞傳動軸軸線轉動，所述下落高度指示裝置包括漸開線凸輪正 上方沿豎直方向放置的標尺和推桿，推桿頂端設置有指示標尺刻度的標記，所述標尺固定 不動，所述推桿下端與漸開線凸輪的外緣接觸，所述殼體頂部設置有與推桿對應的通孔，所 述通孔與推桿滑動連接，所述通孔和漸開線凸輪將推桿限制為僅能沿豎直方向做直線運 動，所述時間表示裝置包括殼體上設置的圓盤刻度與旋轉搖手上設置的指向圓盤刻度的標 記線，所述圓盤刻度位于殼體靠近旋轉搖手的面上，且圓盤刻度的圓心位于傳動軸的軸線 上。
[0005] 為了演示自由落體運動軌跡，凸輪外緣半徑R取值
，其中r表示凸輪基圓半 徑，因為自由落體公式
·，圓盤刻度t取值根據標尺長度確定，k取值參照公式
[0006] 演示自由落體時，勻速轉動旋轉搖手，即可觀察自由落體的特點，停止轉動旋轉把 手，記錄旋轉把手上指示線指示的時間和推桿頂端對應的刻度，計算出重力加速度，也可使 旋轉把手連續轉動相同角度，記錄對應的時間和推桿頂端掃過的距離，觀察自由落體特點。
[0007] 本實用新型的有益效果是:在凸輪頂升裝置作用下，下落高度指示裝置得到的數 值與時間表示裝置得到的數值符合自由落體公式，通過轉動凸輪，可使學生清晰的觀察到 自由落體運動的特點，同時本自由落體演示器克服了傳統自由落體實驗器材必須通電的弊 端，安全系數更高，成本更低，便于推廣應用。
[0008] 在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。
[0009] 進一步，所述漸開線凸輪外緣上設置有沿漸開線延伸的凹槽，所述凹槽的兩端封 閉，所述推桿下端與凹槽底面接觸，該結構可有效防止轉動旋轉搖手時推桿滑脫出漸開線 凸輪。
[0010] 進一步，所述自由落體演示器還包括使推桿下端與漸開線凸輪始終接觸的保持裝 置，所述保持裝置包括擋板和彈簧，所述擋板固定連接在推桿位于殼體內部的區段上，所述 彈簧的兩端分別固定連接到殼體頂部內壁和擋板上，所述彈簧始終處于壓縮狀態，該保持 裝置始終對推桿施加指向凸輪的作用力，在演示自由落體時，可推動推桿緊貼凸輪運動，保 證數據準確性。
[0011] 進一步，所述彈簧的數量為雙數，且關于推桿對稱分布，該結構既能保證保持裝置 的可靠性，又能增加保持裝置運行時的平穩性。
【附圖說明】
[0012] 圖1為自由落體演示器的示意圖；
[0013] 圖2為自由落體演示器的左視圖；
[0014] 圖3為凸輪的主視圖。
[0015] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[0016] 1、推桿，101、擋板，2、標尺，3、通孔，4、彈簧，5、凸輪，501、凹槽，6、殼體，601、圓盤 刻度，7、旋轉搖手，701、標記線，8、傳動軸。
【具體實施方式】
[0017] 以下結合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用 新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0018] 如圖所示，本實用新型所述的自由落體演示器包括凸輪頂升裝置、下落高度指示 裝置和時間表示裝置，所述凸輪頂升裝置包括漸開線凸輪5、傳動軸8、旋轉搖手7和殼體6， 所述旋轉搖手7、漸開線凸輪5分別固定連接在傳動軸8上，所述漸開線凸輪5方向為豎直，所 述漸開線凸輪5位于殼體6內部，所述旋轉搖手7位于殼體6外部，所述旋轉搖手7通過傳動軸 8帶動漸開線凸輪5繞傳動軸8軸線轉動，所述下落高度指示裝置包括漸開線凸輪5正上方沿 豎直方向放置的標尺2和推桿1，推桿1頂端設置有指示標尺2刻度的標記，所述標尺2固定不 動，所述推桿1的下端與漸開線凸輪5的外緣接觸，所述殼體6的頂端設置有與推桿1對應的 通孔3,所述通孔3與推桿1滑動連接，所述通孔3和漸開線凸輪5將推桿1限制為僅能沿豎直 方向做直線運動，所述時間表示裝置包括殼體6上設置的圓盤刻度601與旋轉搖手7上設置 的指向圓盤刻度601的標記線701，所述圓盤刻度601位于殼體6靠近旋轉搖手7的面上，且所 述圓盤刻度601的圓心位于傳動軸8的軸線上。
[0019] 進一步，所述漸開線凸輪5外緣上設置有沿漸開線延伸的凹槽501，所述凹槽501的 兩端封閉。
[0020] 進一步，所述自由落體演示器還包括使推桿1的下端與漸開線凸輪5始終接觸的保 持裝置，所述保持裝置包括擋板101和彈簧4,所述擋板101固定連接在推桿1位于殼體6內部 的區段上，所述彈簧4的兩端分別固定連接到殼體6的頂部內壁和擋板101上。
[0021] 進一步，所述彈簧4的數量為雙數，且關于推桿1對稱分布。
[0022]在本實用新型中，圓盤刻度601沿圓周等分成100份，標尺1尺寸為20cm，由公式 推出t最大取值為0.2s，圓盤刻度601上每相鄰兩刻度線之間代表時間〃 Δ t = 〃0.2 +
100 = 2Χ10_3，
Θ最大值取2π，，取θ = 〇時，推桿1頂端的標 記對應標尺2上的刻度為0。
[0023] 在課堂演示自由落體實驗時，只需勻速緩慢轉動旋轉搖手7即可讓學生清晰地看 到自由落體的運動特點，旋轉搖手7轉動到任意位置停止，記錄下標記線701指示的圓盤刻 度601上對應的時間值to和推桿1頂端標記對應的標尺2上的刻度ho,讓學生計算重力加速 度。
[0024] 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保 護范圍之內。
【主權項】
1. 一種自由落體演示器，其特征在于，包括凸輪頂升裝置、下落高度指示裝置和時間表 示裝置； 所述凸輪頂升裝置包括漸開線凸輪(5)、傳動軸(8)、旋轉搖手(7)和殼體(6)，所述旋轉 搖手(7)、漸開線凸輪(5)分別固定連接在傳動軸(8)上，所述漸開線凸輪(5)方向為豎直，所 述漸開線凸輪(5)位于殼體(6)內部，所述旋轉搖手(7)位于殼體(6)外部，所述旋轉搖手(7) 通過傳動軸(8)帶動漸開線凸輪(5)繞傳動軸(8)的軸線轉動； 所述下落高度指示裝置包括豎直放置的標尺(2)和對應的推桿（1)，所述推桿（1)頂端 設置有指示標尺(2)刻度的標記，所述標尺(2)固定放置在漸開線凸輪(5)的正上方，所述推 桿(1)的下端與漸開線凸輪(5)的外緣接觸，所述殼體(6)的頂部設置有與推桿(1)對應的通 孔(3)，所述通孔(3)與推桿（1)滑動連接，所述通孔(3)和漸開線凸輪(5)將推桿（1)限制為 僅能沿豎直方向做直線運動； 所述時間表示裝置包括殼體(6)側壁上設置的圓盤刻度(601)和旋轉搖手(7)上設置的 指向圓盤刻度(601)的標記線(701)，所述圓盤刻度(601)的圓心位于傳動軸⑶的軸線上。2. 如權利要求1所述的自由落體演示器，其特征在于，所述漸開線凸輪(5)外緣上設置 有沿漸開線外緣延伸的凹槽(501)，所述凹槽(501)的兩端封閉，所述推桿（1)的下端與凹槽 (501)的底面接觸。3. 如權利要求1或2任一項所述的自由落體演示器，其特征在于，所述自由落體演示器 還包括使推桿(1)的下端與漸開線凸輪(5)的外緣始終接觸的保持裝置，所述保持裝置包括 擋板（101)和彈簧(4)，所述擋板（101)固定連接在推桿（1)位于殼體(6)內部的區段上，所述 彈簧(4)的兩端分別固定連接到殼體(6)的頂端內壁和擋板(101)上。4. 如權利要求3所述的自由落體演示器，其特征在于，所述彈簧(4)的數量為雙數，且關 于推桿(1)對稱分布。
【文檔編號】G09B23/10GK205645040SQ201620142511
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年2月25日
【發明人】付儀雯
【申請人】付儀雯