[实用新型]自由落体运动测定装置

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及一种物理实验装置，尤其是可以测定自由落体运动的自由落体运动测定装置。

背景技术

自由落体测定是基础物理教学的实验项目之一，常用的测定仪器是自由落体测定仪，其原理是在不同高度安装光电门，测量钢球下落到该高度的时刻，通过计算得到钢球下落时的加速度。这种实验方法需要反复测量多次，取平均值进行计算，尽管如此，但测得的重力加速度值一般误差较大。其原因一是光电门高度的精确测量有困难，当钢球通过光电门时，不一定正好是钢球的直径下沿，很可能偏离一些，带来一定的误差。二是由于电磁铁断电的瞬间，电磁铁有剩磁，钢球滞后下落，这就造成了时间测量上的误差。发明内容

为解决上述的问题，本实用新型提供一种自由落体运动测定装置。这种自由落体运动测定装置根据声学多普勒效应，利用超声波测量物体不同时刻的速度，测量精度可以满足物理实验要求。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：发明一种自由落体运动测定装置，其特点是，自由落体运动测定装置有一个底座，底座上安装立柱，立柱上安装电磁铁支架，电磁铁支架上安装电磁铁，底座上安装超声波发射器和超声波接收器，底座上安装一个控制器，控制器内安装控制电路板，控制器的面板上安装显示器，控制器的面板上安装键盘，电磁铁、超声波发射器和超声波接收器通过导线和控制器连接。

本实用新型的有益效果是，本实用新型用于物理实验教学，根据声学多普勒效应，利用超声波对自由落体运动规律进行测定，其特点是，计算简单、测量精度较高，且结构简单、造价低廉、操作容易。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图是本实施例的结构图。

图中1超声波发射器，2毡垫，3超声波接收器，4底座，5立柱，6控制器，7键盘，8显示器，9钢球，10电磁铁，11电磁铁支架，12滑套，13紧固螺栓。

具体实施方式

如附图所示，底座4上安装立柱5，立柱5上安装滑套12，滑套12上连接电磁铁支架11，滑套12通过紧固螺栓13定位在立柱5上，电磁铁支架11上安装电磁铁10，底座4上安装超声波发射器1、毡垫2和超声波接收器3，底座4上安装控制器6，控制器6的面板上设有键盘7和显示器8。超声波发射器1、超声波接收器3和电磁铁10通过导线和控制器6连接。

本实用新型的工作过程为，首先操作控制器6上的键盘7使电磁铁10得电并产生磁力，将钢球9吸在电磁铁10的磁极上，超声波发射器1、毡垫2和超声波接收器3位于钢球9的正下方，操作控制器6上的键盘7使超声波发射器1和超声波接收器3开始作，操作键盘7使电磁铁10断电失去磁力，钢球9下落，根据声学多普勒效应，当向移动物体发射频率为F的连续超声波时，被移动物体反射的超声波频率为f，f与F服从多普勒关系。如果超声发射方向和移动物体的夹角已知，就可以通过多普勒关系的表达式得出物体移动速度v。超声波发射器1向钢球9发射固定频率的超声波，钢球9的反射声波由超声波接收器3接收，控制器6根据接收到的声波频率可以计算出钢球9的下落速度，通过键盘7设定钢球9下落过程中的两个测量时刻，显示器8显示出两个时刻的钢球9下落速度及两个测量时刻的时间差，通过两个测量时刻的时间差和两个时刻的钢球9下落速度便可计算出钢球9下落时的加速度。