專利名稱：一種磁性擺單擺綜合實驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁性擺單擺綜合實驗儀，屬基礎(chǔ)物理教學(xué)與研究儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
擺是一種實驗儀器，按種類分為單擺，磁性擺等，可用來展現(xiàn)種種力學(xué)現(xiàn)象乃至電 磁學(xué)現(xiàn)象。單擺實驗，即用單擺系統(tǒng)精確研究該力學(xué)系統(tǒng)所包含的力學(xué)線性與非線性運(yùn)動 行為、或測量本地重力加速度的實驗；目前雖有不少能完成此項實驗的儀器，但總的來說儀 器的設(shè)計制作較粗糙，體現(xiàn)在擺的立柱鉛直調(diào)整不科學(xué)、單擺擺長的改變使用及測量不方 便、單擺在一個平面內(nèi)擺動不好控制，單擺角度盤設(shè)計也難以精確讀數(shù)，因此導(dǎo)致單擺實驗 的許多實驗內(nèi)容測量精度較低。磁性擺實驗，即用磁性擺和導(dǎo)體相對運(yùn)動產(chǎn)生渦電流的種 種物理效應(yīng)的實驗，目前的研究都僅僅停留在演示實驗現(xiàn)象上，用磁性擺系統(tǒng)分析運(yùn)動磁 體與非磁性導(dǎo)體間的阻力效應(yīng)，對磁阻尼力大小的計算一直未能找到現(xiàn)實可行的方法，因 此導(dǎo)致在物理教學(xué)和科研中，不能對渦電流產(chǎn)生的磁阻尼力有更深層次的認(rèn)識，無法滿足 物理教學(xué)與科研的需要。另一方面，現(xiàn)有的單擺實驗儀和磁性擺實驗儀是各自獨立的兩臺 實驗儀，單擺實驗和磁性擺實驗要分別由不同的實驗儀來完成，使得實驗儀器占用空間多， 實驗投入成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種將單擺與磁性擺的實驗儀相結(jié)合，在一套儀器上即 可完成單擺和磁性擺兩種實驗。實驗時，通過激光準(zhǔn)直裝置和校準(zhǔn)板調(diào)整擺線、擺桿的立柱 鉛直度，保證擺在一個平面內(nèi)擺動，并通過智能測量裝置采集實驗數(shù)據(jù)，從而做到實驗數(shù)據(jù) 更科學(xué)、更準(zhǔn)確。以解決現(xiàn)有單擺實驗和磁性擺實驗分別由不同的實驗儀來完成，儀器占用 空間多，實驗投入成本高，實驗測量精度低，無法滿足基礎(chǔ)物理教學(xué)與研究問題的磁性擺單 擺綜合實驗儀。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的的。一種磁性擺單擺綜合實驗儀，它由底座、立柱、角度指示裝置、單擺裝置、磁性擺裝 置、氣墊導(dǎo)軌、激光準(zhǔn)直裝置、光電檢測裝置、智能測量裝置構(gòu)成，其特征在于智能測量裝 置設(shè)置在底座一側(cè)，底座上面固裝有立柱，立柱前面的底座上通過支腳固裝有氣墊導(dǎo)軌，氣 墊導(dǎo)軌上設(shè)置有導(dǎo)體小車，氣墊導(dǎo)軌的兩端分別安裝有激光準(zhǔn)直裝置和校準(zhǔn)板；立柱與氣 墊導(dǎo)軌之間通過滑槽安裝有支架，支架上裝有光電檢測裝置；所述的立柱為一長方體，立柱 頂端安裝有單擺裝置，立柱的中部開有滑槽，滑槽內(nèi)從上至下依次活動安裝有磁性擺裝置 和角度指示裝置；所述的激光準(zhǔn)直裝置和光電檢測裝置分別通過導(dǎo)線與智能測量裝置連 接。所述的單擺裝置由安裝桿、繞線盤、擺線、擺球和擺線緊固件構(gòu)成，安裝桿的一端 通過螺紋安裝在立柱頂端的安裝孔內(nèi)，安裝桿的另一端設(shè)置有擺線緊固件，擺線緊固件的 一側(cè)設(shè)置有繞線盤；繞線盤上纏繞有擺線，擺線的另一端穿過擺線緊固件后拴系有一擺球。
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所述的磁性擺裝置由安裝桿、緊固螺帽、連接件、緊固螺栓、擺錘桿、軸承、擺桿和 永磁體擺錘構(gòu)成，安裝桿上設(shè)置有緊固螺帽，安裝桿的一端裝有連接件，連接件上設(shè)置有緊 固螺栓；擺錘桿的一端套裝在連接件內(nèi)，擺錘桿的另一端裝有軸承，軸承上焊裝有擺桿，擺 桿的另一端裝有永磁體擺錘。所述的智能測量裝置由殼體、顯示屏、操控鍵和控制電路板構(gòu)成，殼體的面板上設(shè) 置有顯示屏，顯示屏一側(cè)設(shè)置有操控鍵，殼體內(nèi)裝有控制電路板；所述的控制電路板由單片 機(jī)、激光準(zhǔn)直模塊、鍵盤電路、晶振電路、光電開關(guān)接口電路構(gòu)成，光電開關(guān)接口電路與單片 機(jī)的P3. 2端口相連，晶振電路與單片機(jī)的XT2、XT1端口連接。所述的角度指示裝置由角度指示板和支撐桿構(gòu)成，角度指示板為半圓弧形狀，支 撐桿固裝在角度指示板的背面，支撐桿上設(shè)置有緊固螺帽，角度指示板的正面的內(nèi)、外圓弧 邊緣制成反光鏡，正面的中部圓弧上制作有刻度線。所述的氣墊導(dǎo)軌一端設(shè)置有氣嘴；所述的立柱表面設(shè)置有標(biāo)尺，立柱的滑槽下方 裝有平面鏡。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于該磁性擺單擺綜合實驗儀將單擺與磁性擺實驗儀相結(jié)合，在一套儀器上即可完成 單擺和磁性擺兩種實驗，不僅提高了儀器的使用效率，而且能更好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維 和動手能力。該綜合實驗儀采用激光準(zhǔn)直定位、擺角鏡像讀數(shù)，保證了擺線、擺桿在一個平 面內(nèi)擺動，使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確、科學(xué)。解決了現(xiàn)有單擺實驗和磁性擺實驗要分別由不同 的實驗儀來完成，儀器占用空間多，實驗投入成本高，實驗測量精度低，無法滿足物理教學(xué) 與研究要求的問題。該綜合實驗儀具有結(jié)構(gòu)合理，可操作性強(qiáng)、制造成本低的特點，特別適 用于基礎(chǔ)物理教學(xué)與研究的實驗使用。


圖1為磁性擺單擺綜合實驗儀的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為磁性擺單擺綜合實驗儀的磁性擺裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為磁性擺單擺綜合實驗儀的單擺裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為磁性擺單擺綜合實驗儀的角度指示板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為磁性擺單擺綜合實驗儀的智能測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為磁性擺單擺綜合實驗儀的電路圖。圖中1、底座，2、立柱，3、角度指示板，4、激光準(zhǔn)直裝置，5、光電檢測裝置，6、氣墊 導(dǎo)軌，7、智能測量裝置，8、安裝桿，9、繞線盤，10、擺線，11、擺球，12、擺線緊固件，13、擺桿， 14、永磁體擺錘，15、緊固螺帽，16、連接件，17、緊固螺栓，18、擺錘桿，19、軸承，20、氣嘴，21、 支腳，22、支架，23、滑槽，24、平面鏡，25、校準(zhǔn)板，26、支撐桿，27、刻度線，28、反光鏡，29、顯 示屏，30、操控鍵，31、標(biāo)尺，32、導(dǎo)體小車。
具體實施例方式該磁性擺單擺綜合實驗儀由底座1、立柱2、單擺裝置、磁性擺裝置、角度指示裝 置、激光準(zhǔn)直裝置4、光電檢測裝置5、氣墊導(dǎo)軌6和智能測量裝置7構(gòu)成。智能測量裝置7 設(shè)置在底座1的一側(cè)。智能測量裝置7由殼體、顯示屏29、操控鍵31和控制電路板構(gòu)成，殼體的面板上設(shè)置有顯示屏29，顯示屏29的一側(cè)設(shè)置有操控鍵30 ；殼體內(nèi)裝有控制電路板， 控制電路板由單片機(jī)、激光準(zhǔn)直模塊、鍵盤電路、晶振電路、光電開關(guān)接口電路構(gòu)成，光電開 關(guān)接口電路與單片機(jī)的P3. 2端口相連，用于接受光電檢測裝置所輸出的信號，晶振電路與 單片機(jī)的XT2、XTl端口連接，晶振電路通過XT2、XTl端口向單片機(jī)提供時鐘脈沖。底座1 表面上固裝有立柱2，立柱2為一長方體，立柱2的頂端安裝有單擺裝置，立柱2的中部開有 滑槽23，滑槽23內(nèi)從上至下依次活動安裝有磁性擺裝置和角度指示裝置。單擺裝置由安 裝桿8、繞線盤9、擺線10、擺球11和擺線緊固件12構(gòu)成，安裝桿8的一端通過螺紋連接安 裝在立柱1頂端的安裝孔內(nèi)，安裝桿8的另一端設(shè)置有擺線緊固件12，擺線緊固件12的一 側(cè)設(shè)置有繞線盤9，擺線10的一端纏繞在繞線盤9上，擺線10的另一端穿過擺線緊固件12 后端頭上拴系有擺球11。立柱2的表面設(shè)置有標(biāo)尺31，立柱2的中部開有滑槽23，滑槽23內(nèi)從上至下依次 活動安裝有磁性擺裝置和角度指示板。磁性擺裝置由安裝桿8、緊固螺帽15、連接件16、緊 固螺栓17、擺錘桿18、軸承19、擺桿13和永磁體擺錘14構(gòu)成。安裝桿8上設(shè)置有緊固螺帽 15，用于磁性擺裝置與滑槽23的連接固定，安裝桿8的端部裝有連接件16，連接件16上設(shè) 置有緊固螺栓17，擺錘桿18的一端套裝在連接件16內(nèi)，并由緊固螺栓17固緊。擺錘桿18 的另一端安裝有軸承19，軸承19上焊裝有擺桿13，擺桿13的另一端裝有永磁體擺錘14。角度指示裝置由角度指示板3和支撐桿26構(gòu)成，角度指示板3呈半圓弧形狀，支 撐桿26固裝在角度指示板3的背面，支撐桿3上設(shè)置有緊固螺帽15，用于角度指示裝置與 滑槽23的連接固定。角度指示板3正面的內(nèi)、外圓弧邊緣制作有反光鏡28，正面的中部圓 弧上制作有刻度線27?；?3下方的立柱2上安裝有平面鏡24。立柱2前端的底座1表面上通過支腳21固裝有氣墊導(dǎo)軌6，氣墊導(dǎo)軌6的導(dǎo)軌面 上活動安裝有導(dǎo)體小車32，氣墊導(dǎo)軌6的兩端分別安裝有激光準(zhǔn)直裝置4和校準(zhǔn)板25，氣 墊導(dǎo)軌6 —端的端頭上設(shè)置有氣嘴20。激光準(zhǔn)直裝置4由半導(dǎo)體激光器、激光器固定板構(gòu) 成，半導(dǎo)體激光器安裝在激光器固定板上。校準(zhǔn)板25為一矩形體，校準(zhǔn)板25的校準(zhǔn)面中間 部位設(shè)置有校準(zhǔn)線。立柱2與氣墊導(dǎo)軌6之間通過橫向設(shè)置的滑槽安裝有支架22，支架22上安裝有光 電檢測裝置5 ；激光準(zhǔn)直裝置4和光電檢測裝置5分別通過導(dǎo)線與智能測量裝置7連接。該磁性擺單擺綜合實驗儀可完成單擺和磁性擺兩種實驗，這樣不僅提高了儀器的 使用效率，同時更好的培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手能力。磁性擺實驗時，首先將氣墊導(dǎo)軌 6與氣源(圖中未畫)接通，調(diào)整激光準(zhǔn)直裝置4的半導(dǎo)體激光器使激光光路與氣墊導(dǎo)軌6 的軸線、校準(zhǔn)板25的校準(zhǔn)線在同一平面內(nèi)，然后調(diào)整磁性擺裝置的擺桿13，使其位于導(dǎo)體 激光器的激光光路上(即光點落在擺桿13上)，按照智能測量裝置7顯示屏29顯示的文 字提示，將擺桿13拉起并對準(zhǔn)角度指示板3上刻度線27的某一刻度等待下一指令；當(dāng)顯示
屏29顯示“測量中......，，時可平穩(wěn)的釋放擺桿13，讓永磁體擺錘14自由通過光電檢測
裝置5，此時，光電檢測裝置5將采集的擺動數(shù)據(jù)傳輸給智能測量裝置7，并由顯示屏29顯 示測量結(jié)果。該項實驗可通過改變擺桿13起擺時的角度，永磁體擺錘14與導(dǎo)體的最近距 離，導(dǎo)體的材料，導(dǎo)體的厚度來研究不同實驗條件下的磁阻尼力大小。單擺實驗時，需要將磁性擺裝置的擺錘桿18從連接件16內(nèi)取出，將單擺裝置通過 安裝桿8套裝于磁性擺裝置的連接件16，并由緊固螺栓17固定。通過激光準(zhǔn)直裝置4校準(zhǔn)好單擺裝置的擺線10及擺線10的初始位置，同時，在智能測量裝置7上設(shè)置好測量次數(shù)， 然后平穩(wěn)的釋放，讓擺球11自由通過光電檢測裝置5，光電檢測裝置5將采集的擺動數(shù)據(jù) 傳輸給智能測量裝置7，并由顯示屏29顯示測量結(jié)果。該項實驗可通過改變單擺裝置的擺 長，擺球11的初始角度得到不同的實驗條件。 該綜合實驗儀不僅可完成單擺和磁性擺兩種實驗，亦可通過氣墊導(dǎo)軌6進(jìn)行氣軌 模式下的磁性擺實驗，實驗時首先將氣墊導(dǎo)軌6通過氣嘴20與氣源(圖中未畫)接通，將 導(dǎo)體材料放置在氣墊導(dǎo)軌6上的導(dǎo)體小車32上，待智能測量裝置7的顯示屏29顯示“測量
中......”文字時，向右輕輕推動導(dǎo)體小車32，導(dǎo)體小車32反彈后通過永磁體擺錘14和光
電檢測裝置5后，其運(yùn)動速度及運(yùn)動速度所對應(yīng)時刻的數(shù)據(jù)被光電檢測裝置5采集，同時由 智能測量裝置7的顯示屏29顯示。
權(quán)利要求
一種磁性擺單擺綜合實驗儀，它由底座(1)、立柱(2)、角度指示裝置、單擺裝置、磁性擺裝置、氣墊導(dǎo)軌(6)、激光準(zhǔn)直裝置(4)、光電檢測裝置(5)、智能測量裝置(7)構(gòu)成，其特征在于智能測量裝置(7)設(shè)置在底座(1)一側(cè)，底座(1)上面固裝有立柱(2)，立柱(2)前面的底座(1)上通過支腳(21)固裝有氣墊導(dǎo)軌(6)，氣墊導(dǎo)軌(6)上設(shè)置有導(dǎo)體小車(32)，氣墊導(dǎo)軌(6)的兩端分別安裝有激光準(zhǔn)直裝置(4)和校準(zhǔn)板(25)；立柱(2)與氣墊導(dǎo)軌(6)之間通過滑槽(23)安裝有支架(22)，支架(22)上裝有光電檢測裝置(5)；所述的立柱(2)為一長方體，立柱(2)頂端安裝有單擺裝置，立柱(2)的中部開有滑槽(23)，滑槽(23)內(nèi)從上至下依次活動安裝有磁性擺裝置和角度指示裝置；所述的激光準(zhǔn)直裝置(4)和光電檢測裝置(5)分別通過導(dǎo)線與智能測量裝置(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性擺單擺綜合實驗儀，其特征在于所述的單擺裝置 由安裝桿(8)、繞線盤(9)、擺線(10)、擺球(11)和擺線(10)緊固件構(gòu)成，安裝桿⑶的一 端通過螺紋安裝在立柱(2)頂端的安裝孔內(nèi)，安裝桿(8)的另一端設(shè)置有擺線緊固件(12)， 擺線緊固件(12)的一側(cè)設(shè)置有繞線盤(9)；繞線盤(9)上纏繞有擺線(10)，擺線(10)的另 一端穿過擺線緊固件(12)后拴系有一擺球(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性擺單擺綜合實驗儀，其特征在于所述的磁性擺裝 置由安裝桿(8)、緊固螺帽(15)、連接件(16)、緊固螺栓(17)、擺錘桿(18)、軸承(19)、擺桿 (13)和永磁體擺錘(14)構(gòu)成，安裝桿(8)上設(shè)置有緊固螺帽(15)，安裝桿(8)的一端裝有 連接件(16)，連接件(16)上設(shè)置有緊固螺栓(17)；擺錘桿(18)的一端套裝在連接件(16) 內(nèi)，擺錘桿(18)的另一端裝有軸承(19)，軸承(19)上焊裝有擺桿(13)，擺桿(13)的另一 端裝有永磁體擺錘(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性擺單擺綜合實驗儀，其特征在于所述的智能測 量裝置由殼體、顯示屏(29)、操控鍵(30)和控制電路板構(gòu)成，殼體的面板上設(shè)置有顯示屏 (29)，顯示屏(29) —側(cè)設(shè)置有操控鍵(30)，殼體內(nèi)裝有控制電路板；所述的控制電路板由 單片機(jī)、激光準(zhǔn)直模塊、鍵盤電路、晶振電路、光電開關(guān)接口電路構(gòu)成，光電開關(guān)接口電路與 單片機(jī)的P3. 2端口相連，晶振電路與單片機(jī)的XT2、XT1端口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性擺單擺綜合實驗儀，其特征在于所述的角度指示 裝置由角度指示板(3)和支撐桿(26)構(gòu)成，角度指示板(3)為半圓弧形狀，支撐桿(26)固 裝在角度指示板(3)的背面，支撐桿(26)上設(shè)置有緊固螺帽(15)，角度指示板(3)的正面 的內(nèi)、外圓弧邊緣制成反光鏡(28)，正面的中部圓弧上制作有刻度線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁性擺單擺綜合實驗儀，其特征在于所述的氣墊導(dǎo)軌 (6) 一端設(shè)置有氣嘴；所述的立柱(2)表面設(shè)置有標(biāo)尺(31)，立柱(2)的滑槽(23)下方裝 有平面鏡(24)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁性擺單擺綜合實驗儀，屬基礎(chǔ)物理教學(xué)與研究儀器領(lǐng)域。它由底座、立柱、角度指示裝置、單擺裝置、磁性擺裝置、激光準(zhǔn)直裝置、光電檢測裝置等構(gòu)成。智能測量裝置設(shè)置在底座一側(cè)，底座上裝有立柱和氣墊導(dǎo)軌，氣墊導(dǎo)軌的兩端裝有激光準(zhǔn)直裝置和校準(zhǔn)板，立柱頂端裝有單擺裝置，立柱的滑槽內(nèi)裝有磁性擺裝置和角度指示裝置。該實驗儀將單擺與磁性擺實驗儀相結(jié)合，在一套儀器上即可完成兩種實驗，并采用激光準(zhǔn)直定位、擺角鏡像讀數(shù)，保證了擺線、擺桿在一個平面內(nèi)擺動，使得測量結(jié)果更加準(zhǔn)確、科學(xué)。解決了現(xiàn)有單擺實驗和磁性擺實驗要由不同的實驗儀來完成，儀器占用空間多，實驗測量精度低，無法滿足物理教學(xué)與研究要求的問題。
文檔編號G09B23/18GK101908293SQ20101025232
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者彭秀華, 徐陽, 李克, 李鵬, 謝雄 申請人:李克;徐陽;李鵬;彭秀華;李志昌