CN103559818B - 直流弱电补偿傅科摆实验仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流弱电补偿傅科摆实验仪，它解决了现有各种傅科摆存在问题和不足，结构简单、容易操作用、安全可靠。它包括机箱、支架和电器元件，支架安装在机箱上，支架的顶部装有卡具，平板设在支架的上部，铜环安装在平板的中间，下部悬挂钢球的钢丝卡装在卡具上，机箱的上表面作为测量标尺，铜环、钢丝和电磁继电器串联后接入到0‑30伏的双路直流稳压电源的一路。直流电磁铁的电磁线圈与开关、电磁继电器的触头和指示灯顺序串联后，接入0‑30伏的双路直流稳压电源的另外一路。本发明集“单摆、电磁力驱动、傅科摆和弱电控制”于一体，演示效果显著，知识含量丰富。

Description

直流弱电补偿傅科摆实验仪

技术领域

本发明涉及物理演示与物理实验设备技术领域，确切的说它是一种用于物理演示教学与物理实验教学的直流弱电补偿傅科摆实验仪。

背景技术

很久以前人们就在探索地球运动的规律。1543年波兰天文学家哥白尼首先提出了地球是自西向东转动的星球，它除自转外，还围绕太阳公转。许多年来人们都在设法证明地球的自转。1851年法国科学家傅科在巴黎大教堂穹顶下装置了一个重28公斤的铁球，用67米长的钢丝悬挂在穹顶上，并且安装了保持运动的机构。傅科就是用摆动平面旋转，证明了地球的自转，所以这个摆被称为“傅科摆”。

一百多年来，傅科摆已经成为普及天文学知识，验证力学原理、学习地理知识的一种有效装置。傅科摆在摆动时，对于惯性参照系来说，其摆动的平面是不变的。可是，由于地球本身的自转，在地球上的人不仅会看到傅科摆在摆动，也会看到傅科摆的摆动平面在转动，人们就利用这个现象来显示地区的自转。在地球的两极，傅科摆的摆动平面24小时转一圈，而在赤道上，傅科摆没有方向旋转的现象；在两极与赤道之间的区域，傅科摆方向的旋转速度介于两者之间。傅科摆在地球的不同地点旋转的速度不同，说明了地球表面不同地点的线速度不同，因此，傅科摆还可以用于确定摆所处的纬度。傅科摆摆动平面偏转的角度可用公式θ°=15°tsinφ/小时来求，单位是度。式中φ代表当地地理纬度，t为偏转θ°所用的时间，用小时作单位。

近年来，很多人制作了多种的小型傅科摆，用于教学与科普，如陈大钟的“改变位能可长期运行的傅科摆（专利公开号CN2713567）”；柴易粟的“微型傅科摆（专利公开号CN2598067）”；邢先良的“傅科摆演示器（专利公开号CN2245795）”；符浩、严跃的“傅科摆能量补偿装置（专利公开号CN2249937）”；齐鲁祥等人的“傅科摆演示仪（专利号94241402）”等。但是，这些傅科摆都不同程度地存在着结构复杂、操作烦琐、使用不安全等问题。

发明内容

本发明的目的就是解决上述各种傅科摆存在问题和不足，提供一种结构简单、容易操作用又安全可靠的直流弱电补偿傅科摆实验仪。

本发明的目的是这样实现的，它包括，支架、卡具、铜环、平板、钢丝、钢球、标尺、直流电磁铁、电磁继电器和机箱，其特征在于：支架安装在机箱，支架的顶部装有卡具，平板设在支架的上部，铜环安装在平板的中间，铜环与平板间进行良好的绝缘处理，铜环和平板同时作为导线，构成能量补偿电路的控制开关，铜环和电磁继电器接入低压直流稳压电源，下部悬挂钢球的钢丝卡装在卡具上，机箱的上表面作为测量标尺，机箱里装有直流控制装置，铜环、钢丝与机箱内直流控制装置中低压直流稳压电源连接。由电磁铁、电磁继电器、开关和低压直流稳压电源机组成控制装置，铜环、钢丝和电磁继电器串联后接入到0-30伏的双路直流稳压电源的一路。直流电磁铁的电磁线圈与开关、电磁继电器的触头和指示灯顺序串联后，接入0-30伏的双路直流稳压电源的另外一路，机箱的下面安装水平调整螺栓。

本发明的优点是：它实现了用最简单的实验仪器和设备去发现最根本、最单纯的科学概念，从而获得最根本、最直接、最精确的科学结论，它采用低压直流弱电控制设计，把能量补偿和直流低压控制电路置于机箱内，使得实验仪器具有良好的安全性，特别是本发明结构简单，容易操作，集“单摆、电磁力驱动、傅科摆和弱电控制”于一体，演示效果显著，知识含量丰富，趣味性强，能够更好地激发人们探索科学的兴趣。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明剖视图。

图3是本发明电路图。

具体实施方式

实施例1：

本发明主要由机箱、支架和电器元件组成，机箱8的下面安装水平调整螺栓10，用以保证箱体8处于水平状态，支架１安装在机箱８上，应稳固，支架１的顶部装有卡具２，平板４设在支架１的上部，铜环３安装在平板４的中间，铜环3与平板4间进行良好的绝缘处理，铜环3能够控制傅科摆的最大摆幅小于5度，还具有消椭圆的作用，铜环3和平板４同时作为导线，构成能量补偿电路的控制开关，下部悬挂钢球６的钢丝５卡装在卡具２上，机箱８的上表面作为测量标尺7，标尺上刻有间隔为1度的360度刻度线，直流电磁铁12和电磁继电器13安装在机箱8里，铜环3、钢丝5与电磁继电器13串联后接入到0-30伏的双路直流稳压电源14的一路，直流电磁铁12的电磁线圈、开关11、电磁继电器13的触头和指示灯9顺序串联后，接入0-30伏的双路直流稳压电源14的另外一路。实验时，调整水平调整螺栓10，使箱体8处于水平状态，调整钢丝5的长度，使其下端钢球6下面的指针距离箱体8上表面标尺7约1mm，将钢丝5置于卡具2的中心，然后将钢丝5用卡具2夹紧固定，调整平板4上的铜环3位置，使钢丝5处于铜环3中的圆心处，闭合开关11，同时使钢球6摆动起来，在每个摆动周期内，钢球6在两个最高点时，钢丝5与铜环3接触的瞬间电磁继电器13接通，使低压直流电磁铁12通电产生一个瞬时的磁场力，当钢球6离开最高点时，磁力随即消失，这样使得钢球6在每次回摆时受到外加电磁力的驱动，获得补充能量来克服外界阻力产生的影响，从而使钢球6永不停息地摆动下去。电路指示灯9工作过程是，开关11闭合，电磁继电器13接通，低压直流电磁铁12回路接通，指示灯9亮，否则，指示灯9熄灭。从某个时刻开始观测傅科摆的旋转，并记录下此时的角度值，一段时间以后，就能够清晰地看到傅科摆旋转了，同时可以测量一个小时傅科摆旋转了多少度、12小时旋转多少度、24小时旋转了多少度等数值，这样就能清楚的看到钢球6摆动方向发生改变，故而证明地球在自转，从而能达到实验效果。

Claims (2)

1.直流弱电补偿傅科摆实验仪，它包括，支架、卡具、铜环、平板、钢丝、钢球、标尺、低压直流电磁铁、电磁继电器和机箱，支架（１）安装在机箱(８)上，支架（１）的顶部装有卡具（２），平板（４）设在支架（１）的上部，铜环（３）安装在平板（４）的中间，铜环（3）和平板（４）同时作为导线，构成能量补偿电路的控制开关，铜环（３）和电磁继电器（13）接入低压直流稳压电源，下部悬挂钢球（６）的钢丝（５）卡装在卡具（２）上，机箱（８）的上表面作为测量标尺（7），机箱（8）里装有直流控制装置；铜环（３）、钢丝（5）与机箱（8）内直流控制装置连接,其特征在于：由低压直流电磁铁（12）、电磁继电器（13）、开关（11）和低压直流稳压电源组成直流控制装置，铜环（3）、钢丝（5）与电磁继电器（13）串联后接入到0-30伏的双路直流稳压电源（14）的一路，低压直流电磁铁（12）的电磁线圈、开关（11）、电磁继电器（13）的触头和指示灯（9）顺序串联后，接入0-30伏的双路直流稳压电源(14)的另外一路。

2.根据权利要求1所述的直流弱电补偿傅科摆实验仪，其特征在于：机箱（8）的下面安装水平调整螺栓（10）。