[发明专利]用于物理教学的浮力实验装置及实验方法

权利要求书

1.用于物理教学的浮力实验装置，包括实验装置，实验装置包括实验筒、第一测力计、第二测力计和实验浮球，其特征在于：还包括注水箱、排水箱和控制单元；

注水箱底部设有与实验筒连通的第一管道，排水箱底部设有与实验筒连通的第二管道，排水箱顶部还设有与注水箱连通的第三管道；第一管道、第二管道和第三管道上分别设有控制管道通断的第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀；注水箱内设有与第三管道连接的抽水泵，排水箱底部固设有能感测排水箱底部压力信号的第一压力传感器；

第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和抽水泵均与控制单元电连接，第一压力传感器与控制单元信号连接；

实验筒的底部还固设有第二压力传感器，第二压力传感器能感测实验筒底部的压力信号，第二压力传感器与控制单元信号连接；

其中，当第二线绳完全伸直时，第二压力传感器将感测到的压力信号发送给控制单元，控制单元控制第一控制阀闭合同时控制第二控制阀开启；当第一压力传感器感测到实验用水的压力信号时，将压力信号发送给控制单元，控制单元控制第三控制阀开启，同时控制抽水泵启动；当实验箱内的水完全排尽，第二压力传感器感测不到压力信号时，控制单元控制第二控制阀闭合；

实验筒的左侧上端开设有注水管道，注水管道上设有第四控制阀，在注水管道的下端设有第一斜台；实验筒的左侧下端开设有排水管道，排水管道上设有第五控制阀，排水管道的上端设有第二斜台；

实验筒的左侧还设有水箱，水箱上固设有提升机构，提升机构与立柱滑动配合，在底座上还设有控制提升机构上下滑动的提升电机；水箱的右侧下端设有伸缩管道，伸缩管道上设有第六控制阀；

伸缩管道包括外层管道和内层管道，内层管道与外层管道的内壁滑动配合，在外层管道的内侧上端和下端均设有定位柱，内层管道的最左端的上端和下端均设有滑动柱，滑动柱与外层管道的内壁滑动配合，滑动柱和定位柱之间设有伸缩弹簧；在未收到外力作用时，伸缩弹簧能让内层管道保持伸出外层管道的状态；

内层管道的最右侧上端固设有第三压力传感器，内层管道的最右侧下端固设有第四压力传感器；内层管道进入到注水管道和排水管道内时，第三压力传感器和第四压力传感器均能感测到压力信号；

第四控制阀、第五控制阀、第六控制均通过继电器与控制单元连接，提升电机通过中间继电器和接触器与控制单元连接，第三压力传感器和第四压力传感器均连接在控制单元的任意输入引脚；

第四控制阀开启的条件为：第三压力传感器感测到压力信号且第二压力传感器不满足触发条件；第五控制阀开启的条件：第三压力传感器感测到压力信号且第二压力传感器满足触发条件；第六控制阀的开启条件：第四压力传感器感测到压力信号；

第二压力传感器触发信号的大小可通过公式F/S＝ρgh进行计算，其中F为触发信号的大小，ρ为实验用水的密度，g为重力加速度，h为第二线绳的长度与第二测力计的高度之和，S为实验筒的底部面积。

2.根据权利要求1所述的用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于：还包括底座，底座的底部固设有支撑架，注水箱、排水箱和实验装置均固定安装于底座的顶部。

3.根据权利要求2所述的用于物理教学的浮力实验装置及实验方法，其特征在于：控制单元为单片机。

4.根据权利要求3所述的用于物理教学的浮力实验装置，其特征在于：抽水泵通过中间继电器和接触器与控制单元连接。