[发明专利]单摆实验装置及单摆实验方法

权利要求书

1.一种单摆实验装置，其特征在于，包括顶层滚动装置(1)、摆绳(2)、摆锤(3)和用于测量摆绳(2)长度的支架标尺(4)，所述顶层滚动装置(1)安装在支架标尺(4)的上端，所述支架标尺(4)上位于所述顶层滚动装置(1)的下方设置有用于测量摆绳(2)角度的量角器(5)，所述摆绳(2)连接在所述顶层滚动装置(1)上以通过所述顶层滚动装置(1)调节所述摆绳(2)长度，所述支架标尺(4)上安装有用于检测所述摆绳(2)摆动的检测装置(7)，所述检测装置(7)连接有控制模块。

2.根据权利要求1所述的单摆实验装置，其特征在于，所述支架标尺(4)包括底座(41)和两个分别直立固定在所述底座(41)上的标尺(42)，两个标尺(42)相对设置且相互平行，两个标尺(42)上均具有用于测量摆绳(2)长度的刻度线。

3.根据权利要求2所述的单摆实验装置，其特征在于，所述标尺(42)的零刻度位于标尺(42)的上端部，且刻度值自上而下逐渐增大，两个标尺(42)的零刻度之间固定有卡位结构(6)以控制所述摆绳(2)在标尺(42)的零刻度线处为起点。

4.根据权利要求3所述的单摆实验装置，其特征在于，所述卡位结构(6)包括固定在两个标尺(42)之间且位于标尺(42)零刻度处的卡位板(61)，所述量角器(5)固定在所述卡位板(61)的下方，所述卡位板(61)上具有至少一个卡口(62)，且所述卡口(62)的底壁位于所述量角器(5)的零刻度线处，以使卡设在卡口(62)处的摆线在自然状态下位于量角器(5)的零刻度线处。

5.根据权利要求4所述的单摆实验装置，其特征在于，所述卡位板(61)上具有至少两个相距不小于卡位板(61)1/2长度的卡口(62)，所述的摆绳(2)为具有两根摆线的双线摆绳(2)，所述摆锤(3)顶部中央具有穿线孔，所述双线摆绳(2)的底部通过所述穿线孔与所述摆锤(3)相连接，两根摆线的上端分别卡设在两个卡口(62)后连接在所述顶层滚动装置(1)上。

6.根据权利要求1所述的单摆实验装置，其特征在于，所述顶层滚动装置(1)包括调节单元(11)和两个相对设置的安装板(12)，两个安装板(12)下端分别固定在两个标尺(42)上，所述调节单元(11)的两端分别连接在两个安装板(12)的上端。

7.根据权利要求6所述的单摆实验装置，其特征在于，两个安装板(12)上分别具有安装孔(13)，所述调节单元(11)包括滚轮单元(14)和滚轴(15)，所述滚轮单元(14)包括滚轮(16)和固定在所述滚轮(16)上且沿所述滚轮(16)轴线方向延伸的轴心杆(17)，所述滚轮(16)周向可活动地贯穿在一个安装孔(13)处，所述滚轴(15)周向固定地包覆在所述轴心杆(17)上，所述滚轴(15)远离所述滚轮(16)的一端周向可活动地贯穿在远离所述滚轮(16)的安装孔(13)处。

8.根据权利要求7所述的单摆实验装置，其特征在于，所述安装板(12)呈具有横板和竖板的L型结构，所述横板固定在所述标尺(42)上，所述竖板位于所述标尺(42)的后方并向上延伸以使所述滚轴(15)位于所述标尺(42)的后上方。

9.根据权利要求1所述的单摆实验装置，其特征在于，所述控制模块包括控制器(8)和连接于所述控制器(8)的显示器(81)；所述检测装置(7)包括光敏传感器(71)和激光探头(72)，所述光敏传感器(71)与所述激光探头(72)相对设置在所述两个标尺(42)上以使所述摆绳(2)在激光探头(72)与光敏传感器(71)之间，所述光敏传感器(71)和激光探头(72)均连接于所述控制器(8)。

10.一种单摆实验装置的实验方法，其特征在于，包括：

A.探究摆动周期与摆幅大小的关系，保持摆绳长度与摆锤重量不变，通过量角器改变开始时的摆幅以进行多次实验，并记录每次实验的摆动周期和开始时的摆幅大小；

B.探究摆动周期和摆锤重量的关系，保持摆绳长度与摆幅不变，改变摆锤重量以进行多次实验，并记录每次实验的摆动周期和摆锤重量；

C.探究摆动周期和摆绳长短的关系，保持摆锤重量和摆幅不变，通过转动滚轮调节摆绳长度以进行多次实验，并记录每次实验的摆动周期和摆绳长度；

在方法A、B、C中均由光敏传感器感应摆的摆动，并由控制器将光敏传感器相邻两次感应到摆经过时的时间差记录为一次摆动周期。