[发明专利]一种单摆

说明书

技术领域：

本发明涉及一种教学实验器具，特别涉及一种探究单摆周期的实验器具。

背景技术：

单摆的原理和用途是高中物理课程中一处重要的知识点，课本使用了相当多的篇幅加以介绍，在做中学物理实验周期时，由于人的反应时间对摆球起始位置判断存在误差，使得测量结果不够精确，尽管在教材中采取平均值测量法，但结果仍不完全准确；另外，现有单摆可以实现对摆幅、摆球质量、摆长的调整，但未能实现重力加速度的调整，未能满足教师和学生进行探究实验的需要，也不利于学生发散思维和严谨的科学态度的培养。

发明内容：

本发明的目的有两个，一在于提供一种能对单摆周期进行精确测量，二能实现对重力加速度进行调整的单摆，供教师和学生进行科学探究实验。为实现上述的发明目的，本发明采用以下技术方案来实现的，本发明以激光束作控制信号，设计一光电门，控制电子表计时，即可实现对单摆周期进行精确测量，在单摆的下方设置能产生磁力场的装置，来改变引力场来实现对重力加速度的调整。

本发明作控制信号的激光器，采用玩具激光笔，能产生波长λ＝630nm～680nm的红色激光来，电子秒表可采用实验室常用JinQue牌JD-3B(22)型电子秒表，当然也可以用其它型号的，该秒表可记忆60个分段时间信息，可反复重读；在秒表复零状态下，按下S₁，秒表开始计时，每按S₂，秒表即进行分段计时，再按S₁秒表停止计时；控制秒表计时的光电门电路，包括电压为3V的直流电源1个，一光敏二极管其受光照呈低阻抗状态，一阻值为4.7K的可调电阻RP一其型号为9014的光电门VT₁，所述光敏电阻V₁与所述可调电阻RP串联后接所述电源正负极，所述光敏电阻V₁与所述可调电阻RP之间连接到光电门VT₁的基极b，光电门VT₁的集电极c连接所述电源正极，发射极e连接所述电源的负极，同时光电门VT₁的集电极c与所述电子秒表的按钮S₂的高电位连接，所述光电门VT₁的发射极e与所述电子秒表的按钮S₂的低电位连接。

光敏二极管V₁最好选用NDL3210型，其最佳响应波长λ＝675nm，响应时间＜10ns，最高工作结温度Tn＝125℃，其受光照时呈低阻状态，使光电门VT₁截止，即c-e结呈高阻抗状态，电子秒表不会被触发而处于待分段计时状态，每当射向光敏二极管V₁的光被遮住时，V₁立即呈高阻状态，VT₁迅速导通，这时相当于按下按钮S₂，电子秒表计时芯片得到触发脉冲而动作。光敏二极管最好用体积小的管并尽量靠近摆线，这样通常粗细摆线也能对光敏二极管V₁良好的挡光。连接时，应打开电子秒表后盖，用细导线把光电门和电子秒表的按钮S₂触发电路相连接，应注意焊接时，把烙铁断电后用余温焊接，以防止静电感应损坏电子秒表的计时芯片，保留按钮S₂，保证电子秒表原有调节功能正常，合上后盖，按S₁使电子秒表开始计时，这时由大到小调节可调电阻RP的值，当发现秒表开始分段计时停止调节。用激光笔照射光敏二极管V₁，秒表会停止分段计时，代表调试成功；否则说明可调电阻RP值调节过小，重调即可，由于该光电门控制电路仅用三只元件，电源可用电子秒表内的3V锂电池，体积小，只需在表壳留有受光孔，整个装置可置于电子秒表内。

激光笔S和装有上述控制秒表计时的光电门电路元件的电子秒表可固定在一个U形支架上，让表壳留有让光敏二极管V₁受光的受光孔和所述激光笔S正对。

为实现本发明的第二个发明目的，本发明在上述的U形支架上在摆球平衡位置的正下方设置一能产生磁力场的装置，来改变引力场的大小来实现对重力加速度的调整。该能产生磁力场的装置可设置一电磁铁，该电磁铁的线圈与一电键、一滑动变阻器、一直流电源串联而成。调节滑动变阻器可控制电磁铁线圈中电流的大小，从而改变所产生的磁场的强弱，也就控制对摆球产生引力的大小，从而模拟实现对重力加速度进行调整，当然，该能产生磁场的装置也可以是一个或N个永磁体。

本单摆还在摆绳的固定点处，平行于摆球运动平面的平面上安置了一量角器，这样就在把摆球拉离平衡位置时，可对摆角进行精确的观察。