[发明专利]一种精确的单摆实验装置

说明书

本发明的精确的单摆实验装置，包括底座、丝杠、丝杠竖板、摆线和摆锤，丝杠竖板固定于底座上，特征在于：上固定台上固定有绕线座，摆锤固定于摆线的下端；丝杠上设置有滑台，滑台上固定有对摆锤经过最低点位置时刻进行检测的光电门，光电门上开设有与摆锤的最低点位置对齐的激光孔，丝杠竖板上固定有对摆线的长度进行标定的竖向刻度尺。本发明的单摆实验装置，实现了摆锤在任一横向位置、任一高度的无初速度释放，满足了求解时的能量守恒定律；由于摆线长度、摆动距离能够通过刻度尺测得，反求三角函数即可获得摆角，极大减小了摆角的测量误差。本实验装置成本较低，非常适合大批量的学生单摆物理实验使用，具有广阔的经济开发前景。

技术领域

本发明涉及一种单摆实验装置，更具体的说，尤其涉及一种可以精确的确定摆线旋转中心、摆角、摆长并且摆球释放无初速度的精确的单摆实验装置。

背景技术

单摆试验在大学基础物理和中学物理教学中是一项简单却又十分重要的实验，即：用重量可忽视的细线吊起一质量为m重锤，使其左右摆动，当摆角为0度时，重锤所受合外力大小等于小球本身的重力。一根绳子和一个小球即可组成单摆实验并能大致估算当地的重力加速度。现有的大学物理单摆实验装置，其操作步骤基本如下：首先，根据单摆振动时能量守恒，需要测量摆角、摆线；其次，当摆线到达某摆角时，释放摆锤，通过多次的改变摆角大小、摆线长度估算当地重力加速度值。但这种实验在数据准确性及操作内容上都略显不足，不利于学生学习和了解单摆的运动过程及其原理：对于摆线的摆动中心，现有的摆动试验仪无法精确定心，使得摆角、摆线的测量出现较大偏差，释放摆锤时，由于采用人工拉起一定摆角释放方式，无疑增加了释放时的初速度，不满足求解加速度求解时的能量守恒定律。因此，现有的试验仪在关键摆动测量参数上均有较大误差存在，极大地影响了求解精度。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种可以精确的确定摆线旋转中心、摆角、摆长并且摆球释放无初速度的精确的单摆实验装置。

本发明的精确的单摆实验装置，包括底座、丝杠、丝杠竖板、摆线和摆锤，丝杠竖板固定于底座上，丝杠竖板的上端、下端分别固定有上固定台和下固定台，丝杠的上端和下端均通过轴承设置于上固定台和下固定台上，丝杠成竖直状态，丝杠的上端固定有手摇柄；其特征在于：上固定台上固定有绕线座，摆线可伸缩地设置于绕线座上，摆锤固定于摆线的下端；丝杠上设置有滑台，滑台经螺纹副与丝杠传动配合，丝杠竖板上固定有导向杆，导向杆的长度方向与丝杠的长度方向一致，滑台上设置有与导向杆相配合的导向槽；滑台上固定有对摆锤经过最低点位置时刻进行检测的光电门，光电门上开设有与摆锤的最低点位置对齐的激光孔，丝杠竖板上固定有对摆线的长度进行标定的竖向刻度尺。

本发明的精确的单摆实验装置，包括横向摆锤释放机构，横向摆锤释放机构由水平导轨、升降外杆、升降内杆和弹性卡扣组成，水平导轨位于摆锤的正下方，且水平导轨的长度方向与摆锤的摆动方向相一致；升降外杆经滑块设置于水平导轨上，升降内杆可伸缩地插在升降外杆中，升降外杆上固定有对升降内杆的伸出长度进行定位的固定螺栓；底座或水平导轨上固定有对摆锤初始点与最低点之间的水平距离进行标定的横向刻度尺；

弹性卡扣固定于升降内杆的上端，弹性卡扣的中心点、摆锤处于最低位置时的中心点及水平导轨长度方向的中心线位于同一平面内；弹性卡扣由两个半圆形卡环构成，半圆形卡环的上端设置有外延部，在弹性卡扣不受力的情况下，两个半圆形卡环所形成的内腔直径小于摆锤的直径，在手持外延部向外掰动两半圆形卡环的情况下，两个半圆形卡环所形成的内腔直径可扩大至大于摆锤的直径。

本发明的精确的单摆实验装置，所述绕线座上设置有对摆线进行缠绕或释放的转轮，绕线座上开设有开口朝下的螺纹孔，摆线经螺纹孔伸出；螺纹孔内设置有对螺纹孔中的摆线进行固定的摆线固定螺栓。

本发明的精确的单摆实验装置，丝杠竖板经L型固定板固定于底座上，导向杆的数量为两个，两个导向杆分别位于丝杠的两侧。