[发明专利]一种基于钟摆的正弦波演示器

说明书

本发明涉及一种基于钟摆的正弦波演示器，包括盒体、转轴、金属摆针、摆球、时钟刻度盘、水槽、定值电阻、可调电阻、示波器；所述时钟盒体的前表面包含一个带转轴时钟刻度盘，转轴连接一个金属摆针，金属摆针上安装一只摆球，所述盒体的前表面下方安装了水槽，水槽中盛有能导电的水，摆针的下端能浸没在水中，当摆球摆动时，摆针能在水中左右划过；本发明的有益效果在于，通过金属摆针与导线间的水的电阻的变化，检测回路中的电流及部分电路上电压的变化，用示波器显示的正弦波形证明在摆角小于5°的条件下，单摆振动是一种简谐运动，测量单摆的摆长和振动周期，可计算当地的重力加速度。

技术领域

本发明涉及一种物理实验教学仪器，具体涉及一种基于钟摆的正弦波演示器。

背景技术

现在的物理实验教学仪器中，缺少一种利用单摆振动，利用示波器显示单摆的运动是一种简谐运动，这就要证明摆球的位移——时间图像或者速度——时间图像是一条正弦或余弦曲线，不仅如此，如果利用电压传感器、数据采集器、单片机对采集的压图像进行处理，还可以测定当地的重力加速度。

发明内容

本发明采用如下技术方案，可解决背景技术中提出的问题，一种基于钟摆的正弦波演示器，包括盒体、转轴、金属摆针、摆球、时钟刻度盘、水槽、水、定值电阻、可调电阻、示波器、接线柱、导线、电源、电压传感器、数据采集器；所述时钟盒体的前表面包含一个时钟刻度盘，所述时钟刻度盘的中部包含一个转轴，转轴连接一个金属摆针，金属摆针上安装一只摆球，所述摆球为密度度大，直径2~4cm的金属测量制成，所述盒体的前表面下方安装了水槽，水槽中盛有能导电的水，摆针的下端能浸没在水中，当摆球在外力作用下摆动，因摆针所受水的阻力远小于摆球的重力，所以摆针能在水中左右划过，摆球能完成几十次全振动而不会停止摆动，所述转轴通过导线连接的可调电阻，可调电阻与电源相连，所述电源通过导线连接定值电阻，所述定值电阻通过导线放入水槽中，通过水的电阻与摆针构成闭合电路，当摆球在外力作用下摆动时，摆针与导线之内的水的电阻发生变化，闭合电路中的电流发生变化，从而使定值电阻两端的电压发生变化，示波器的接线柱A及接线柱B 通过导线与定值电阻并联，定值电阻两端的电压发生变化，示波器输入电压发生变化，测得的波形为正弦波形或余弦波形，通过波形图可测定摆球完成一次全振动的周期，通过测量转轴与摆球球心的距离测定单摆的摆长，根据单摆的周期公式，可计算当地的重力力速度；还可以将示波器的输入端直接连接接线柱A及接线柱C，测定水槽中摆针与导线之间的水的电压波形，示波器显示的波形也是一条正弦曲线或余弦曲线。

进一步地，所述电源为直流电源，使用的直流电压为5~12V；所述定值电阻的阻值为10~100欧，所述可调电阻的阻值范围为0~100欧。

进一步地，将电压传感器接入接线柱A、接线柱B或接入接线柱A、接线柱C之间，利用数据采集器采集电压图像，可以读取摆球完成一次全振动的周期。

本发明的有益效果在于，通过改变摆针与导线之间水的电阻，检测回路中的电流及部分电路上电压的变化，用示波器显示的正弦波形证明在摆角小于5°的条件下，单摆振动是一种简谐运动，测量单摆的摆长和振动周期，可计算当地的重力加速度。

附图说明

图1是本发明的外观结构示意图；

图中，1-盒体，2-转轴，3-金属摆针，4-摆球，5-时钟刻度盘，6-水槽，7-水，8-定值电阻，9-可调电阻，10-示波器，11-接线柱A，12-接线柱B，13-接线柱C，14-导线，15-电源，16-电压传感器，17-数据采集器。

具体实施方式