[发明专利]一种重力加速度测量演示装置及演示方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种物理教学演示用具，具体涉及一种重力加速度测量演示装置。

背景技术

重力加速度是一个重要的物理概念和物理量，重力加速度测量实验是高中和大学必做的一个物理实验，目前采用实验方法有：电磁打点计时器法、单摆法、自由落体（光电门）法等，实验时需要测定距离、时间等相关物理量，再根据相关公式计算出重力加速度数值，实验过程较复杂，误差较大，不适宜在物理课课堂教学中作为演示实验。

发明内容

本发明的目的是解决物理课堂教学缺少重力加速度测量演示用具的技术问题，提供一种可以用于高中和大学物理课课堂教学中对重力加速度测量演示的仪器装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种重力加速度测量演示装置，其特征在于包括：

（a）一个球体，下半球为实心体，采用金属材料铸造；上半球为空心壳体，采用工程塑料制造；下半球与上半球空心壳体通过螺纹连接；上半球空心壳体内安放有测量发射电路；所述的测量发射电路由加速度传感器、单片机、蓝牙模块组成，加速度传感器及蓝牙模块分别与单片机连接；

（b）带有蓝牙功能的计算机，用于接收显示测量发射电路传出的加速度值。

优选的，所述的下半部分球体采用的金属材料为铅。

优选的，所述的测量发射电路下面放置有橡胶减震垫。

重力加速度测量演示方法，包括以下步骤：

①将所述球体置于1.2米以上高度；

②使球体从静止开始自由下落，在下落过程中所述测量发射电路的单片机定时采集加速度传感器输出的信号，计算出球体下落加速度的数值，并将加速度数值通过蓝牙模块发射；

③在球体下落过程中的同时，带有蓝牙功能的计算机通过蓝牙实时接收球内蓝牙模块传出的加速度数值，显示在屏幕上。

本发明的有益效果：可以直观、方便的在物理课课堂教学中演示自由落体下落过程中重力加速度的大小，使学生容易掌握重力加速度的物理概念，提高教学质量。

附图说明

图1是本发明的球体结构示意图；

图2是本发明的球体上、下部分分离后的结构示意图；

图3是本发明的电原理框图；

图4是本发明实施例中球内单片机的程序流程图；

图5是本发明实施例中带有蓝牙功能的计算机程序流程图。

图1～图3中，1：下半部分球体，2：上半球空心壳体，3：测量发射电路，4：橡胶减震垫，5：带有蓝牙功能的计算机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的球体结构示意如附图1、2。实施时，球体直径可选6～8cm；下半球1为实心体，采用铸铁、铸钢或锌、铅等金属材料铸造，表面抛光；上半球空心壳体2采用工程塑料制造，壳体厚度4mm，优选透明的工程塑料，以便可以从外看到内部测量发射电路3。测量发射电路3下面放置的橡胶减震垫4厚度为5mm。

附图3是本发明的电原理框图。实施时，测量发射电路3中加速度传感器可采用单轴加速度传感器ADXL103，单片机可采用集成A/D转换器及串行接口的单片机，附图4是其程序流程图。蓝牙模块选用带有串行接口的蓝牙模块；测量发射电路3采用电池供电，可在上半球空心壳体2顶部安装电源开关。

实施时，带有蓝牙功能的计算机5，可选用带有蓝牙功能的笔记本电脑，或普通台式PC机外接一个蓝牙适配器，附图5是其程序流程图。

带有蓝牙功能的计算机5，亦可选用带有蓝牙功能的平板电脑或智能手机。

本发明的测量演示方法，包括以下步骤：

①在地面上铺放一块厚度5cm以上的海绵，将所述球体置于海绵上方1.2米以上高度；

②打开测量发射电路3电源开关，使球体从静止开始自由下落，在下落过程中所述测量发射电路3的单片机定时采集加速度传感器输出的信号，计算出球体下落加速度的数值，并将加速度数值通过蓝牙模块发射；

③在球体下落过程中的同时，带有蓝牙功能的计算机5通过蓝牙实时接收球内蓝牙模块传出的加速度数值，显示在屏幕上。

作为对比演示，在物理课课堂教学中，还可以把球体悬挂于一伞状物下，重复②、③，可看到球体下落的加速度小于9.8m/s²。