[发明专利]多功能单摆实验装置

说明书

本发明公开了一种多功能单摆实验装置。现有的器材实验项目单一、实验效果不好。本发明包括支架机构、重力加速度测量机构、地球自转测量机构和计时器，支杆包括固定杆和伸缩杆，重力加速度测量机构连接固定杆，地球自转测量机构连接伸缩杆。重力加速度测量机构包括直尺、摆幅刻度尺、摆球组件、摆球控制组件、计数组件，摆球控制组件可沿直尺移动，将摆球准确定位，并读取摆长和摆幅。计数组件包括光电传感器和计数器。地球自转测量机构包括摆绳控制架、摆锤、摆绳、激光器、感光纸。本发明增加了实验项目，并简化了测量操作，节省了测量时间，提高了测量精度。

技术领域

本发明属于实验器材技术领域，涉及一种多功能单摆实验装置，可实现测量重力加速度、研究摆长与周期的关系、验证周期与摆球质量的关系和测量地球自传。

背景技术

利用单摆测量重力加速度的实验是大学物理实验中的经典实验之一，该实验通过测量振动周期T和摆长l，利用公式测量重力加速度。传统的利用单摆测量重力加速度的实验装置未安装摆长测量组件，摆长的测量需要两步完成，首先利用厘米尺测量绳长，再次利用游标卡尺测量摆球半径。由于摆线一段有固定架另外一端连接小球，给精确测量摆长带来一定困难，且测量精度不足，操作误差较大。该实验关键环节之一是控制摆角小于5度，现有实验装置是将摆线拉直进行比照摆角。受尺寸所限，现有实验装置的摆幅刻度尺的曲率半径通常为50cm，因此若想观察摆长小于50cm的单摆运动，则无法精确控制摆角。而实验中，需要对多种摆长进行测量，而目前的设备很难实现小于50cm摆长的准确测量。此外，现有的实验装置手动释放小球，实验过程中非常容易产生圆锥摆，给测量结果带来操作误差。另一方面，利用单摆实验验证地球自转及测量地球自转速度是物理学十大经典实验之一，但现有单摆实验装置无法再现该经典内容。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种多功能单摆实验装置。

本发明包括支架机构、重力加速度测量机构、地球自转测量机构、计时器。

所述的支架机构包括底座和垂直设置在底座上的支杆。所述的支杆包括固定杆和伸缩杆，固定杆的一端固定安装在底座上，伸缩杆部分设置在固定杆内，通过上下伸缩改变支杆的长度，并通过伸缩锁紧螺丝锁紧。

所述重力加速度测量机构包括直尺、摆幅刻度尺、摆球组件、摆球控制组件、计数组件。

直尺的一端安装在固定杆中部以上位置，直尺以安装点为圆心可在垂直于底座顶面平面上偏转；圆弧形的摆幅刻度尺安装在固定杆中部以下位置；直尺平面与摆幅刻度尺平面平行。

所述的摆球组件包括摆线控制架、摆球和摆线。摆线控制架设置在固定杆中部以上位置，摆线的一端与摆球固定连接，另一端设置在摆线控制架上，通过旋钮调节摆线的长度。摆球摆动时，摆线的固定点与直尺的安装点的连线垂直于直尺所在平面，且平行于底座顶面平面。

所述的摆球控制组件包括移动座、调整座、摆球控制件。移动座活动设置在直尺上，可沿直尺直线移动，并通过螺丝锁紧。调整座设置在移动座上，摆球控制件设置在调整座上，移动座、调整座、摆球控制件的移动方向互相垂直；摆球控制件头部设置有电磁铁。

所述的计数组件包括光电传感器和计数器。

所述的地球自转测量机构包括摆绳控制架、摆锤、摆绳、激光器、感光纸。摆绳控制架设置在伸缩杆中部以上位置，摆绳的一端设置在摆绳控制架上，通过旋钮调节摆绳的长度。所述的摆锤为锥形，内置激光器，激光器发射光由摆锤锥顶的开口射出，摆锤锥底与摆绳的另一端连接。所述的感光纸平铺在底座上。

进一步，所述的移动座为游标，移动座下部设有游标尺，移动座与直尺形成游标卡尺结构，通过游标尺测量摆长，可以更加精确测量摆长。

进一步，所述的底座水平设置，通过下方的水平调节螺丝调节底座上表面保持水平。

进一步，所述的直尺刻度大于等于50cm。