專利名稱：利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用于中學(xué)物理實驗的教具，更具體地說是一種利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀。
背景技術(shù)：
在初中和高中階段的物理教學(xué)課程中，同學(xué)們普遍感覺“重力加速度”是一個較難理解的力學(xué)概念，多年教學(xué)實踐經(jīng)驗認為在理論學(xué)習(xí)的同時配合開展一些實驗課程是一種很好的教學(xué)方式，老師在實驗教學(xué)活動中能夠生動地演繹“重力加速度”的力學(xué)現(xiàn)象，將深奧的物理原理通過有趣的實驗活動直觀地展現(xiàn)于同學(xué)們面前，能有效地增強對“重力加速度”概念的理解能力進而達到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。目前，在初中或高中學(xué)校中最常使用的教具是在一根細長玻璃管內(nèi)放置不同密度的小物塊，將玻璃管快速倒置時，就可觀察到小物塊在下落時逐漸加速的運動過程；還有的是采用單擺儀來進行測量重力加速度的實驗，它需要采用秒表計時、數(shù)記單擺的擺動次數(shù)并代入公式進行演算，在實際操作中極易出錯，導(dǎo)致測得的重力加速度值有很大的誤差，這將嚴重影響實驗的教學(xué)效果。近來，眾多教學(xué)科研人員一直都在對實驗教具進行改革創(chuàng)新的探索工作，例如中國專利ZL02219720. 5就公開了一種名稱為“用單擺測定重力加速度的實驗儀”，它是由發(fā)條、裝有指針的棘輪軸、棘爪軸和安裝于棘爪軸的擺線掛桿組成，將擺線掛上掛桿使其擺動時，擺線每擺動一次都會通過三級變速齒輪的棘輪、棘爪機構(gòu)使指針移動一格記錄擺動次數(shù)，這對簡化實驗操作、提高實驗數(shù)據(jù)的準確性和改善實驗的教學(xué)效果有一定作用。但是，它在實際教學(xué)中仍存在一些使用缺陷，其表現(xiàn)為1.記錄擺次的傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機械傳動的摩擦阻力會影響測量的準確度；2.用發(fā)條作動力進行起擺時，擺體容易產(chǎn)生“錐形擺”現(xiàn)象，這將嚴重影響實驗的教學(xué)效果。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的旨在提出一種利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀，它一是利用電磁鐵失電使鐵質(zhì)擺球自動起擺，能有效防止擺球在擺動過程中出現(xiàn)“錐形擺”現(xiàn)象；二是利用先進的數(shù)字技術(shù)自動測量、計算并顯示結(jié)果，這對確保實驗數(shù)據(jù)的準確性、提高實驗教學(xué)質(zhì)量都具有明顯效果。本實用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本實用新型所提出的利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀，它包括安裝于基座板上的測量控制器、測量擺槽、擺柱掛架、掛裝于擺柱掛架的擺線和鐵質(zhì)擺球，其特征在于在測量擺槽的兩側(cè)內(nèi)壁分別配裝有激光發(fā)射器、接收器，激光發(fā)射器和接收器由多股信號電纜連接于測量控制器，在測量擺槽的端壁上安裝有電磁鐵，所說的電磁鐵由導(dǎo)線連接于測量控制器。本實用新型還有如下的技術(shù)特征所說的測量控制器由中央處理器、鍵盤、顯示屏、電源模塊、擺長測量模塊和周期測量模塊構(gòu)成。在擺柱掛架上安裝有調(diào)節(jié)手輪，擺線的上端繞裝于調(diào)節(jié)手輪，特別方便于調(diào)節(jié)擺線長度的操作。在測量擺槽的內(nèi)側(cè)壁面設(shè)置有熒光顯示的高度標識和擺角標識，方便于觀察并調(diào)控擺角和擺線長度。本實用新型是按照如下方式進行工作的它是預(yù)先在中央處理器中編程存入如下 重力加速度的計算公式g = 4L[ 31 /T]2式⑴g 平均=Iig^g2++gj/n 式⑵式中g(shù)為重力加速度(m/s2) ;L為擺長(m)；T為單擺周期(s); η為測量周期的次數(shù)。當需要進行實驗時，先轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪放下擺線并使鐵質(zhì)擺球位于測量擺槽內(nèi)的適中位置，插上電源插頭、開機進行初始化后電磁鐵通電，將鐵質(zhì)擺球緩緩移近通電的電磁鐵端部并使其被電磁鐵吸于一側(cè)，通過鍵盤輸入設(shè)定所要測量周期的次數(shù)(η)、測量的擺長(L)值后，即可輸入啟擺命令使電磁鐵失電，鐵質(zhì)擺球?qū)⒃谥亓ψ饔孟麻_始啟擺進入正常擺動的運動狀態(tài)，配裝于測量擺槽兩側(cè)內(nèi)壁的激光發(fā)射器、接收器將捕捉鐵質(zhì)擺球的質(zhì)心位置并經(jīng)擺長測量模塊運算處理修正擺長(L)值，并由周期測量模塊自動記錄測量周期的次數(shù)(η)和周期(Τ)，當鐵質(zhì)擺球正常擺動次數(shù)達到所設(shè)定“測量周期的次數(shù)(η)”時，即可由中央處理器進行運算處理并在顯示屏上顯示設(shè)定測量周期的次數(shù)U)、擺長、周期(T)和重力加速度(g)等實驗測量數(shù)據(jù)信息。本實用新型具有如下優(yōu)點本實用新型巧妙地利用電磁鐵失電使鐵質(zhì)擺球在重力作用下自然起擺很快進入正常擺動的運動狀態(tài)，能有效地防止擺球在擺動過程中出現(xiàn)“錐形擺”現(xiàn)象，并利用先進的智能數(shù)字技術(shù)自動進行測量、記錄、運算和顯示的實驗操作，這對保證測量數(shù)據(jù)準確性和提高實驗課程的教學(xué)質(zhì)量有明顯效果，具有結(jié)構(gòu)簡捷、制造容易、生產(chǎn)成本低、操作使用方便、測量快速、數(shù)據(jù)準確和教學(xué)實驗直觀性能好的突出優(yōu)點。

圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，同時也作摘要附圖。圖2是圖I的A— A視圖，展示在測量擺槽端壁上安裝電磁鐵的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的B— B視圖，展示在測量擺槽兩側(cè)內(nèi)壁配裝激光發(fā)射器、接收器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型工作原理的測量模塊框圖。附圖中的標記說明I為擺線，2為掛線支座，3為導(dǎo)線輪，4為調(diào)節(jié)手輪，5為擺柱掛架，6為測量擺槽，7為基座板，8為鐵質(zhì)擺球，9為多股信號電纜，10為測量控制器，11為中央處理器，12為顯示屏，13為電源插頭，14為鍵盤，15為實驗工作臺，16為導(dǎo)線，17為電磁鐵，18為擺角標識，19為雙向箭頭，20為高度標識，21為接收器，22為激光發(fā)射器。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖給出本實用新型的實施例[0025]一種利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀，它主要由安裝于基座板7上的測量控制器10、測量擺槽6、擺柱掛架5、設(shè)置于擺柱掛架5的調(diào)節(jié)手輪4、導(dǎo)線輪3、掛線支座2、擺線I和鐵質(zhì)擺球8構(gòu)成，擺線I的上端依次經(jīng)過掛線支座2、導(dǎo)線輪3繞裝于調(diào)節(jié)手輪4，拴掛于擺線I下端的鐵質(zhì)擺球8懸掛于測量擺槽6的正上方中間位置，并能使鐵質(zhì)擺球8如雙向箭頭19所示在測量擺槽6內(nèi)自由擺動，要求鐵質(zhì)擺球8的質(zhì)心距掛線支座2的掛線支點距離即擺長為8(Tl20Cm，在測量擺槽6的內(nèi)側(cè)壁面設(shè)置有熒光顯示的高度標識20和擺角標識18，在測量擺槽6兩側(cè)內(nèi)壁分別配裝有用多股信號電纜9連接于測量控制器10的激光發(fā)射器22、接收器21，在測量擺槽6的端壁上安裝有用導(dǎo)線16連接于測量控制器10的電磁鐵17，所說測量控制器10的系統(tǒng)包括中央處理器11、鍵盤14、顯示屏12、電源模塊、擺長測量模塊和周期 測量模塊。它是這樣進行測量重力加速度實驗操作的將本實用新型的基座板7放置于實驗工作臺15上，緩緩地轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪4放下拴掛鐵質(zhì)擺球8的擺線1，使鐵質(zhì)擺球8下降并位于測量擺槽6內(nèi)的適中位置，插上電源插頭13、開機進行系統(tǒng)初始化，當測量控制器10系統(tǒng)運行正常后會自動接通電磁鐵17線圈電路，再將鐵質(zhì)擺球8緩緩地移近電磁鐵17的端面，這時，通電的電磁鐵17所產(chǎn)生的電磁吸力會將鐵質(zhì)擺球8穩(wěn)穩(wěn)地吸住，可方便地觀察擺角標識18并調(diào)節(jié)控制擺角為4 8°即可，再操作鍵盤14輸入設(shè)定實驗所需要測量周期的次數(shù)(η)、測量的擺長(L)值，上述工作準備完畢后，即可輸入啟擺命令，測量控制器10系統(tǒng)會自動斷開電磁鐵17線圈電路，由于電磁鐵17斷電后會失去對鐵質(zhì)擺球8的電磁吸力，鐵質(zhì)擺球8將在重力作用下開始自然啟擺并在測量擺槽6內(nèi)呈正常擺動的運動狀態(tài)，這時，配裝于測量擺槽6兩側(cè)內(nèi)壁的激光發(fā)射器22、接收器21將會精確地捕捉鐵質(zhì)擺球8的質(zhì)心位置并經(jīng)擺長測量模塊運算處理自行修正擺長(L)值，周期測量模塊將準確地記錄測量周期的次數(shù)(η)和周期(Τ)，當鐵質(zhì)擺球8的擺動次數(shù)達到實驗所設(shè)定“測量周期的次數(shù)(η)”時，即可由中央處理器11自動進行運算并在顯示屏12上快速顯示出所測量重力加速度(g)的實驗結(jié)果數(shù)據(jù)。實驗完畢后，只需反向轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)手輪4將鐵質(zhì)擺球8提升至掛線支座2處歸位即可。
權(quán)利要求1.ー種利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀，它包括安裝于基座板(7)上的測量控制器(10)、測量擺槽(6)、擺柱掛架(5)、掛裝于擺柱掛架(5)的擺線(I)和鐵質(zhì)擺球(8)，其特征在于在測量擺槽(6)的兩側(cè)內(nèi)壁分別配裝有激光發(fā)射器(22)、接收器(21)，激光發(fā)射器(22)和接收器(21)由多股信號電纜(9)連接于測量控制器(10)，在測量擺槽(6)的端壁上安裝有電磁鐵(17)，所說的電磁鐵(17)由導(dǎo)線(16)連接于測量控制器(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀，其特征在干所說的測量控制器(10)由中央處理器(11)、鍵盤(14)、顯示屏(12)、電源模塊、擺長測量模塊和周期測量模塊構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀，其特征在于在擺柱掛架(5 )上安裝有調(diào)節(jié)手輪(4 )，擺線(I)的上端繞裝于調(diào)節(jié)手輪(4 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀，其特征在于在測量擺槽(6)的內(nèi)側(cè)壁面設(shè)置有熒光顯示的高度標識(20)和擺角標識(18)。
專利摘要本實用新型是一種利用單擺測量重力加速度的教學(xué)實驗儀，它主要由安裝于基座板上的測量控制器、測量擺槽、擺柱掛架、調(diào)節(jié)手輪、導(dǎo)線輪、掛線支座、擺線和鐵質(zhì)擺球構(gòu)成，測量擺槽壁體上配裝有連接于測量控制器系統(tǒng)的激光發(fā)射器、接收器和電磁鐵，當測量控制器使電磁鐵失電時，鐵質(zhì)擺球會在重力作用下自然起擺進入正常擺動狀態(tài)，對防止擺球出現(xiàn)“錐形擺”現(xiàn)象有明顯效果，它利用數(shù)字技術(shù)能自動地進行測量、記錄、運算和顯示實驗結(jié)果，這對保證測量數(shù)據(jù)準確性和提高實驗教學(xué)質(zhì)量都有一定作用，本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡捷、生產(chǎn)成本低、操作使用方便、測量快速準確和教學(xué)實驗效果好的突出優(yōu)點，特別適合在中學(xué)物理實驗中推廣使用。
文檔編號G09B23/10GK202373212SQ201120532570
公開日2012年8月8日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者何卓恒 申請人:何卓恒