[发明专利]一种磁性摆单摆综合实验仪

说明书

技术领域：

本发明涉及一种磁性摆单摆综合实验仪，属基础物理教学与研究仪器领域。

背景技术：

摆是一种实验仪器，按种类分为单摆，磁性摆等，可用来展现种种力学现象乃至电磁学现象。单摆实验，即用单摆系统精确研究该力学系统所包含的力学线性与非线性运动行为、或测量本地重力加速度的实验；目前虽有不少能完成此项实验的仪器，但总的来说仪器的设计制作较粗糙，体现在摆的立柱铅直调整不科学、单摆摆长的改变使用及测量不方便、单摆在一个平面内摆动不好控制，单摆角度盘设计也难以精确读数，因此导致单摆实验的许多实验内容测量精度较低。磁性摆实验，即用磁性摆和导体相对运动产生涡电流的种种物理效应的实验，目前的研究都仅仅停留在演示实验现象上，用磁性摆系统分析运动磁体与非磁性导体间的阻力效应，对磁阻尼力大小的计算一直未能找到现实可行的方法，因此导致在物理教学和科研中，不能对涡电流产生的磁阻尼力有更深层次的认识，无法满足物理教学与科研的需要。另一方面，现有的单摆实验仪和磁性摆实验仪是各自独立的两台实验仪，单摆实验和磁性摆实验要分别由不同的实验仪来完成，使得实验仪器占用空间多，实验投入成本高。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种将单摆与磁性摆的实验仪相结合，在一套仪器上即可完成单摆和磁性摆两种实验。实验时，通过激光准直装置和校准板调整摆线、摆杆的立柱铅直度，保证摆在一个平面内摆动，并通过智能测量装置采集实验数据，从而做到实验数据更科学、更准确。以解决现有单摆实验和磁性摆实验分别由不同的实验仪来完成，仪器占用空间多，实验投入成本高，实验测量精度低，无法满足基础物理教学与研究问题的磁性摆单摆综合实验仪。

本发明是通过如下技术方案来实现上述目的的。

一种磁性摆单摆综合实验仪，它由底座、立柱、角度指示装置、单摆装置、磁性摆装置、气垫导轨、激光准直装置、光电检测装置、智能测量装置构成，其特征在于：智能测量装置设置在底座一侧，底座上面固装有立柱，立柱前面的底座上通过支脚固装有气垫导轨，气垫导轨上设置有导体小车，气垫导轨的两端分别安装有激光准直装置和校准板；立柱与气垫导轨之间通过滑槽安装有支架，支架上装有光电检测装置；所述的立柱为一长方体，立柱顶端安装有单摆装置，立柱的中部开有滑槽，滑槽内从上至下依次活动安装有磁性摆装置和角度指示装置；所述的激光准直装置和光电检测装置分别通过导线与智能测量装置连接。

所述的单摆装置由安装杆、绕线盘、摆线、摆球和摆线紧固件构成，安装杆的一端通过螺纹安装在立柱顶端的安装孔内，安装杆的另一端设置有摆线紧固件，摆线紧固件的一侧设置有绕线盘；绕线盘上缠绕有摆线，摆线的另一端穿过摆线紧固件后拴系有一摆球。

所述的磁性摆装置由安装杆、紧固螺帽、连接件、紧固螺栓、摆锤杆、轴承、摆杆和永磁体摆锤构成，安装杆上设置有紧固螺帽，安装杆的一端装有连接件，连接件上设置有紧固螺栓；摆锤杆的一端套装在连接件内，摆锤杆的另一端装有轴承，轴承上焊装有摆杆，摆杆的另一端装有永磁体摆锤。

所述的智能测量装置由壳体、显示屏、操控键和控制电路板构成，壳体的面板上设置有显示屏，显示屏一侧设置有操控键，壳体内装有控制电路板；所述的控制电路板由单片机、激光准直模块、键盘电路、晶振电路、光电开关接口电路构成，光电开关接口电路与单片机的P3.2端口相连，晶振电路与单片机的XT2、XT1端口连接。

所述的角度指示装置由角度指示板和支撑杆构成，角度指示板为半圆弧形状，支撑杆固装在角度指示板的背面，支撑杆上设置有紧固螺帽，角度指示板的正面的内、外圆弧边缘制成反光镜，正面的中部圆弧上制作有刻度线。

所述的气垫导轨一端设置有气嘴；所述的立柱表面设置有标尺，立柱的滑槽下方装有平面镜。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

该磁性摆单摆综合实验仪将单摆与磁性摆实验仪相结合，在一套仪器上即可完成单摆和磁性摆两种实验，不仅提高了仪器的使用效率，而且能更好的培养学生的创新思维和动手能力。该综合实验仪采用激光准直定位、摆角镜像读数，保证了摆线、摆杆在一个平面内摆动，使得测量结果更加准确、科学。解决了现有单摆实验和磁性摆实验要分别由不同的实验仪来完成，仪器占用空间多，实验投入成本高，实验测量精度低，无法满足物理教学与研究要求的问题。该综合实验仪具有结构合理，可操作性强、制造成本低的特点，特别适用于基础物理教学与研究的实验使用。

附图说明：

图1为磁性摆单摆综合实验仪的结构示意图；

图2为磁性摆单摆综合实验仪的磁性摆装置的结构示意图；

图3为磁性摆单摆综合实验仪的单摆装置的结构示意图；