CN107389265A - 一种三线摆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种三线摆，属于力学实验仪器技术领域，包括支架、上盘、下盘、三根悬线以及可相对转动的防漏磁壳体和防漏磁盖板，防漏磁壳体和防漏磁盖板由导磁材料构成，所述防漏磁盖板固定安装在所述下盘的底部，所述防漏磁盖板的下表面固定安装有第一连接柱，所述第一连接柱的底端固定安装有圆盘，所述圆盘的外表面设有若干个沿周向分布的内磁铁；所述防漏磁壳体内位于所述圆盘的外部固定安装有圆筒，所述圆筒的内表面设有若干个沿周向分布的外磁铁，所述外磁铁与所述内磁铁对应设置且两者相对面的极性相同。本发明结构简单，既可以测量非围绕质心旋转物体的转动惯量，又可以测量围绕质心旋转物体的转动惯量，且测量效率高、测量准确度好。

Description

一种三线摆
技术领域
本发明属于力学实验仪器技术领域，尤其涉及一种三线摆。
背景技术
三线摆是大学物理实验中用于测量物体转动惯量实验中常用的实验仪器，现有的三线摆包括支架、上盘、下盘以及设于上盘和下盘之间的三根悬线，其中下盘用来放置待测物体，利用放置待测物体前后三线摆转动周期和质量的变化来测量待测物体的转动惯量。但是，现有的三线摆存在以下缺点：
一、现有的三线摆只能测量物体围绕质心旋转时的情况，因为物体不围绕质心旋转的时候，三线摆会产生横向的摆动，这样就破坏了三线摆的测量转动惯量的条件，所以现有的三线摆无法测量非围绕质心旋转物体的转动惯量。
二、即便是对于测量围绕质心旋转物体的转动惯量，也由于各种原因，也容易发生横向晃动，因此在做实验时必须非常小心，但还是难以完全的避免横向晃动，既影响了测量效率，也影响了测量的准确度。
三、三线摆在工作的时候，要求转动的角度在5度以下，现有的三线摆没有转动角度的显示装置，其转动角度大小凭实验者估计掌握，不利于控制测量误差。
四、现有的三线摆，下盘的转动是由上盘驱动的，使用起来不方便。同时上盘和支架之间能相对转动，所以下盘各部分与支架之间的角度是不固定的，这样的结构不利于转动周期和转动角度测量装置的安装和使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种三线摆，结构简单，既可以测量非围绕质心旋转物体的转动惯量，又可以测量围绕质心旋转物体的转动惯量，且测量效率高、测量准确度好。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种三线摆，包括支架、上盘、下盘以及设于所述上盘和所述下盘之间的三根悬线，所述三线摆还包括可相对转动的防漏磁壳体和防漏磁盖板，所述防漏磁壳体固定安装在所述支架上，所述防漏磁壳体和防漏磁盖板由导磁材料构成；
所述防漏磁盖板固定安装在所述下盘的底部，所述防漏磁盖板的下表面固定安装有第一连接柱，所述第一连接柱的底端固定安装有圆盘，所述圆盘的外表面设有若干个沿周向分布的内磁铁，每个所述内磁铁均沿径向设置；
所述防漏磁壳体内位于所述圆盘的外部固定安装有圆筒，所述圆筒的内表面设有若干个沿周向分布的外磁铁，每个所述外磁铁均沿径向设置，所述外磁铁与所述内磁铁对应设置且两者相对面的极性相同，所述圆筒、所述圆盘、所述第一连接柱、所述防漏磁盖板均与所述下盘同轴设置。
作为一种改进，所述防漏磁壳体上设有环形凸起，所述防漏磁盖板上设有与所述环形凸起相适配的环形凹槽。
作为进一步的改进，所述第一连接柱由非导磁材料构成。
作为一种改进，所述防漏磁盖板的上表面通过第二连接柱固定连接所述下盘的底部，所述第二连接柱和所述第一连接柱同轴设置，所述第二连接柱由非导磁材料构成。
作为一种改进，所述内磁铁的高度小于所述外磁铁的高度，在所述下盘转动的过程中，所述内磁铁的上下边缘始终处于所述外磁铁的高度范围内。
作为一种改进，所述上盘固定安装于所述支架上；所述三线摆还包括转动角度报警器，所述转动角度报警器包括光电开关和报警电路，所述光电开关固设在所述支架的侧面，所述下盘的侧壁上设有吸光带以及位于所述吸光带两侧的反光带，所述吸光带对应的圆心角为5°；
初始静止状态时，所述光电开关的光发射部分发射光照射在所述吸光带的中央位置，当所述下盘的转动角度超过5°时，所述光电开关的光接收部分接收从所述反光带反射的光，从而启动所述报警电路工作。
作为进一步的改进，所述三线摆还包括周期测量光电开关和与其电连接的周期计时器，所述周期测量光电开关固设在所述支架上；初始静止状态时，所述周期测量光电开关的光发射部分发射的光照射在所述吸光带和一所述反光带的交界处；当所述下盘转动时，所述周期计时器测量转动周期。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
由于三线摆设计了第一连接柱、圆盘、圆筒、内磁铁和外磁铁，所述外磁铁与所述内磁铁对应设置且两者相对面的极性相同；因同性磁极相排斥，因而圆盘可以支撑在圆筒中，在测量物体的转动惯量时，通过对圆盘进行支撑，可以有效避免下盘发生横向摆动，且不会对下盘转动产生额外阻力，也不会产生上下方向的力，对下盘的转动不会产生影响，这样既可以测量非围绕质心旋转物体的转动惯量，又可以测量围绕质心旋转物体的转动惯量，大大提高了测量效率，而且测量准确度好。由于所述三线摆还包括可相对转动的防漏磁壳体和防漏磁盖板，在测量过程中，不仅可以有效防止漏磁，而且可以隔绝外部环境对圆筒和圆盘的影响，使得测量结果准确。
本发明提供的一种三线摆，结构简单，既可以测量非围绕质心旋转物体的转动惯量，又可以测量围绕质心旋转物体的转动惯量，且测量效率高、测量准确度好。
由于所述三线摆还包括转动角度报警器，这样可以防止测量中出现转动角度过大的问题，进一步提高了测量的精度；由于所述上盘固定安装于所述支架上，因而上盘和支架之间不能相对转动，由于圆筒对圆盘的支撑作用，所以可以直接用手操作下盘转动，避免需要站起来操作上盘的问题，提高了使用的方便性，并且可以防止吸光带和光电开关的相对位置的变动，达到精确控制转动角度的目的，减免了每次测量都要调整下盘和周期测量光电开关的步骤。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是图1中圆盘、内磁铁、圆筒、外磁铁和第一连接柱的放大结构示意图；
图3是图1中A处局部放大示意图；
图中：1-支架，2-上盘，3-下盘，31-吸光带，32-反光带，4-悬线，5-防漏磁壳体，51-环形凸起，6-防漏磁盖板，61-环形凹槽，7-第一连接柱，8-圆盘，9-内磁铁，10-圆筒，11-外磁铁，12-第二连接柱，13-转动角度报警器，131-光电开关，132-报警电路。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2和图3共同所示，一种三线摆，包括支架1、上盘2、下盘3以及设于上盘2和下盘3之间的三根悬线4，该三线摆还包括可相对转动的防漏磁壳体5和防漏磁盖板6，防漏磁壳体5固定安装在支架1上，防漏磁壳体5和防漏磁盖板6由导磁材料构成。
防漏磁盖板6固定安装在下盘3的底部，防漏磁盖板6的下表面固定安装有第一连接柱7，第一连接柱7的底端固定安装有圆盘8，圆盘8的外表面设有若干个沿周向分布的内磁铁9，每个内磁铁9均沿径向设置。
防漏磁壳体5内位于圆盘8的外部固定安装有圆筒10，圆筒10的内表面设有若干个沿周向分布的外磁铁11，每个外磁铁11均沿径向设置，外磁铁11与内磁铁9对应设置且两者相对面的极性相同，圆筒10、圆盘8、第一连接柱7、防漏磁盖板6均与下盘3同轴设置。
在本实施例中，内磁铁9和外磁铁11相对的磁极为S极。当然，作为一种替代方式，也可以设置成内磁铁9和外磁铁11相对的磁极为N极。内磁铁9和外磁铁11的具体数量，本领域技术人员可根据实际需要自行选择，在此不再赘述。
优选的，防漏磁壳体5上设有环形凸起51，防漏磁盖板6上设有与环形凸起51相适配的环形凹槽61，这种结构既方便转动，又可避免漏磁。当然，作为一种替代方式，也可以在防漏磁壳体5上设置环形凹槽，相应的，在防漏磁盖板6上设置环形凸台，在此不再赘述。
在本实施例中，第一连接柱7由非导磁材料构成。
优选的，上述防漏磁盖板6的上表面通过第二连接柱12固定连接下盘3的底部，第二连接柱12和第一连接柱7同轴设置，第二连接柱12由非导磁材料构成。
优选的，内磁铁9的高度小于外磁铁11的高度，在下盘3转动的过程中，内磁铁9的上下边缘始终处于外磁铁11的高度范围内。
为了防止测量中出现转动角度过大，进一步提高测量的精度，优选的，上盘2固定安装于支架1上；该三线摆还包括转动角度报警器13，转动角度报警器13包括光电开关131和报警电路132，光电开关131固设在支架1的侧面，下盘3的侧壁上设有吸光带31以及位于吸光带31两侧的反光带32，吸光带31对应的圆心角为5°。
初始静止状态时，光电开关131的光发射部分发射光照射在吸光带31的中央位置，在测量时，当下盘3的转动角度超过5°时，光电开关131的光接收部分接收从反光带32反射的光，从而启动报警电路132工作。
上述上盘2和支架1之间不能相对转动，由于圆筒10对圆盘8的支撑作用，所以可以直接用手操作下盘3转动，避免需要站起来操作上盘的问题，提高了使用的方便性，并且可以防止吸光带31和光电开关131的相对位置的变动，达到精确控制转动角度的目的。
为了方便测量转动周期，三线摆还包括周期测量光电开关(图中未示出)和与其电连接的周期计时器(图中未示出)，周期测量光电开关固设在支架1上；初始静止状态时，周期测量光电开关的光发射部分发射的光照射在吸光带31和一所述反光带32的交界处；当下盘3转动时，周期计时器测量转动周期。
具体的，在下盘3转动后，若周期测量光电开关的光发射部分发射的光照射在反光带32和吸光带31的交界处时，周期测量光电开关会产生脉冲信号，周期测量计时器利用这些脉冲信号测量转动周期。
需要说明的是，上述报警电路132为本领域的公知技术，例如可以采用指示灯或者蜂鸣器的方式进行报警等等，其具体结构为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
本发明提供的三线摆，结构简单，既可以测量非围绕质心旋转物体的转动惯量，又可以测量围绕质心旋转物体的转动惯量，且测量效率高、测量准确度好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三线摆，包括支架、上盘、下盘以及设于所述上盘和所述下盘之间的三根悬线，其特征在于，所述三线摆还包括可相对转动的防漏磁壳体和防漏磁盖板，所述防漏磁壳体固定安装在所述支架上，所述防漏磁壳体和防漏磁盖板由导磁材料构成；
所述防漏磁盖板固定安装在所述下盘的底部，所述防漏磁盖板的下表面固定安装有第一连接柱，所述第一连接柱的底端固定安装有圆盘，所述圆盘的外表面设有若干个沿周向分布的内磁铁，每个所述内磁铁均沿径向设置；
所述防漏磁壳体内位于所述圆盘的外部固定安装有圆筒，所述圆筒的内表面设有若干个沿周向分布的外磁铁，每个所述外磁铁均沿径向设置，所述外磁铁与所述内磁铁对应设置且两者相对面的极性相同，所述圆筒、所述圆盘、所述第一连接柱、所述防漏磁盖板均与所述下盘同轴设置。
2.根据权利要求1所述的三线摆，其特征在于，所述防漏磁壳体上设有环形凸起，所述防漏磁盖板上设有与所述环形凸起相适配的环形凹槽。
3.根据权利要求2所述的三线摆，其特征在于，所述第一连接柱由非导磁材料构成。
4.根据权利要求1所述的三线摆，其特征在于，所述防漏磁盖板的上表面通过第二连接柱固定连接所述下盘的底部，所述第二连接柱和所述第一连接柱同轴设置，所述第二连接柱由非导磁材料构成。
5.根据权利要求1所述的三线摆，其特征在于，所述内磁铁的高度小于所述外磁铁的高度，在所述下盘转动的过程中，所述内磁铁的上下边缘始终处于所述外磁铁的高度范围内。
6.根据权利要求1至5中任意一项权利要求所述的三线摆，其特征在于，所述上盘固定安装于所述支架上；所述三线摆还包括转动角度报警器，所述转动角度报警器包括光电开关和报警电路，所述光电开关固设在所述支架的侧面，所述下盘的侧壁上设有吸光带以及位于所述吸光带两侧的反光带，所述吸光带对应的圆心角为5°；
初始静止状态时，所述光电开关的光发射部分发射光照射在所述吸光带的中央位置，当所述下盘的转动角度超过5°时，所述光电开关的光接收部分接收从所述反光带反射的光，从而启动所述报警电路工作。
7.根据权利要求6所述的三线摆，其特征在于，所述三线摆还包括周期测量光电开关和与其电连接的周期计时器，所述周期测量光电开关固设在所述支架上；初始静止状态时，所述周期测量光电开关的光发射部分发射的光照射在所述吸光带和一所述反光带的交界处，当所述下盘转动时，所述周期计时器测量转动周期。
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