[发明专利]一种利用圆柱砝码测量重力加速度的实验装置

说明书

本发明提供了一种利用圆柱砝码测量重力加速度的实验装置，由摆杆和两套砝码组成，所述摆杆包含挂件、细杆、托盘，所述两套砝码分别由n个同样材质同样高度的圆柱砝码组成，其中第一个砝码为半径为r的圆柱体，其中心轴处有贯穿圆孔；第2～n个砝码为壁厚为r，内径为2（n‑1）r的空心圆柱体，且内外壁间均开有细缝，两套砝码的r数值不同。本发明以摆杆和两套砝码组成复摆系统，通过套入同样壁厚的空心圆柱砝码逐渐增大摆锤半径，来获得不同半径的摆锤下的摆动周期，再分析摆锤半径增大速度不同情况下系统摆动周期的变化，获得重力加速度g的计算公式，具有原理清晰，操作简单，数据处理便捷的特点，适合于学生独立动手完成。

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体地指一种利用圆柱砝码测量重力加速度的实验装置。

背景技术

复摆测量重力加速度实验是大学物理演示实验之一，一般采用J-LD23型复摆实验装置，即一条有等间距圆孔的细长摆杆，摆杆的表面标有竖向刻度，在实验中将摆杆的圆孔悬挂在支架上进行摆动，记录该圆孔到摆杆中心的距离和该圆孔悬挂时的摆动周期，完成多组实验，然后在坐标纸上作图，利用图解法进行数据处理并计算重力加速度。

复摆测量重力加速度实验数据处理的方法是以悬挂点到摆杆质心的距离h为横坐标，以该悬挂点时测得的摆动周期T为纵坐标，在坐标纸上描出测量点，然后描出一条平滑的曲线连接各个测量点或者使测量点均匀分布在曲线的两边，形成 h-T 关系图，然后画一条平行于横坐标轴的直线，该直线与曲线相交于四点，即获得四个摆动周期相同的悬挂点。通过四点对应横坐标的坐标值 h₁、h₂、h₃、h₄ 计算出等效摆长 L`，从而由公式 gT<sup>2</sup>/(4p<sup>2</sup>)=L`计算重力加速度 g。

在实际操作过程中上述广泛采用的复摆测量重力加速度实验存在如下困难，一是周期曲线是描摹的曲线，与拟合直线不同的是，描绘一个准确无误的曲线对于初学者十分困难；二是描摹的周期曲线与真实曲线存在偏差，所以平行于横坐标轴的直线与周期曲线相交的四点，其坐标值也必然存在偏差；三是由于测量点是离散的数据，横坐标间隔一般为2cm，这样的间隔现实中难以找到 4 个周期完全相同的测量点。综上，现有测量加速度实验存在较大偏差，且数据测量和处理过程也较为繁琐耗时。

发明内容

本发明提供了一种测量重力加速度的实验装置，该装置可以快捷准确的获得重力加速度。为实现上述目的，本发明提供的一种利用圆柱砝码测量重力加速度的实验装置由摆杆和两套砝码组成。

所述摆杆由挂件、细杆、托盘组成，摆杆整体为刚性结构，相比于每个圆柱砝码其质量可以忽略不计，挂件内设有刀口，可以通过挂件的刀口将摆杆悬挂起来，使摆杆绕刀口尖端进行小角度摆动；挂件下垂直连接有细杆，细杆为细长轻质的刚性杆，细杆横截面半径为a；细杆下垂直连接于托盘中心处，所述托盘为轻质刚性的圆盘，通过螺纹连接孔与细杆相连，托盘半径为R，托盘顶表面至挂件刀口尖端的垂直距离为H。

所述两套砝码分别为圆柱砝码I和圆柱砝码II，圆柱砝码I和圆柱砝码II均由n个同样材质具有同样高度h的圆柱形砝码组成，已知h小于H，n为不小于10不大于15的整数。

圆柱砝码I中的第一个砝码为半径为r₁的圆柱体，其竖向中心轴处有贯穿上下底面的圆孔，圆孔半径为a，且a远小于r₁；圆柱砝码I中的第二个砝码为壁厚为r₁，内径为2r₁的空心圆柱体，其内外壁间竖向开有宽度为2a的细缝；依次，圆柱砝码I中的第3~n个砝码为壁厚为r₁，内径为2（n-1）r₁的空心圆柱体，且其内外壁间竖向均开有宽度为2a的细缝。