CN202454129U - 高精度单摆实验仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有自动计数和计时功能的高精度单摆实验仪，包括底座、立柱、支点、摆线、摆球及量角器，其中，所述立柱上设有激光传感器，所述激光传感器位于支点正下方且激光传感器与支点间距离等于摆线长度，所述激光传感器还连接一显示控制单元；该显示控制单元由单片机、液晶显示器、提示音发生器、指令输入键、指示灯及电源开关构成。本实用新型利用激光传感器的高灵敏性，在摆球每次经过平衡位置的瞬间进行自动计数和计时，大大提高了实验数据和实验结果的准确性，并通过减少测量次数缩短了实验时间；此外，本实用新型结构简单，占用空间小，操作简便，适宜于作为学生实验并因此能取得良好的实验教学效果。

Description

高精度单摆实验仪

技术领域

本实用新型属于教学实验技术领域，涉及一种用于单摆周期测定实验的实验器材，具体涉及一种高精度单摆实验仪。

背景技术

 单摆周期测定实验作为中学物理和大学物理教学的一大基础实验，主要用来探究影响单摆周期的因素及测定当地重力加速度。单摆周期T与单摆摆长l、当地重力加速度g之间满足

                                                                                            

实验时通常采用的方法是：用刻度尺测量摆线的长度l'，用游标卡尺测量摆球的直径d，则该单摆摆长  ；测量单摆在小角度（小于10°）的情况下连续摆动n个周期的平均周期T。

在使用传统单摆实验仪做以上实验时，一般由实验人员使用秒表计时，由于人的反应普遍存在延后，每次计时都会引起0.2s的平均误差，为了减小误差，往往要测出数十个甚至上百个周期的时间,并且还要进行多次重复的测量。这样就容易导致另一个问题：由于要测量多个周期的时间，延长了实验时间，单摆就可能变成椭圆锥摆，而实验中又很难判断单摆是否已变为椭圆锥摆，这样无疑给实验结果带来了误差。传统实验仪不仅占用大量宝贵的课堂时间，而且由于实验结果存在较大的误差，最终难以取得良好的教学效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有单摆实验仪存在的问题，提供一种实验用时短且测量精准的高精度单摆实验仪。

为此，本实用新型采用如下技术方案：

一种高精度单摆实验仪，包括底座、立柱、支点、摆线、摆球及量角器，其中，所述立柱上设有激光传感器，所述激光传感器位于支点正下方且激光传感器与支点间距离等于摆线的长度，所述激光传感器还连接一显示控制单元。

所述显示控制单元由单片机、液晶显示器、提示音发生器、指令输入键、指示灯及电源开关构成。

所述指令输入键包括计时次数输入键、确认键及复位键。

所述指示灯包括感应信号指示灯及电源指示灯。

实验时，激光传感器向其正前方发射出激光，当摆球每次经过平衡位置即最低点时激光被摆球遮挡，激光传感器随即做出感应，并将感应信号传递给显示控制单元，由显示控制单元的单片机进行计时和计数。实验中，摆球每半周期经过一次平衡位置（第一次摆球在 

周期时经过平衡位置），相应地单片机每半周期计时和计数一次（第一次计时为

周期），经多次计时后单片机即可计算出单摆周期，然后由液晶显示器予以结果显示。

本实用新型的有益效果在于：利用激光传感器的高灵敏性，在摆球每次经过平衡位置的瞬间进行自动计数和计时，大大提高了实验数据和实验结果的准确性；由于每一次的计时都具有高精准性，通过数次计时即可得出精确的实验结果，缩短了实验时间；此外，本实用新型结构简单，占用空间小，操作简便，适宜于作为学生实验并因此能取得良好的实验教学效果。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中，1-底座，2-立柱，3-支点，4-摆线，5-摆球，6-量角器，7-激光传感器，8-液晶显示器，9-电源开关，10-计时次数输入键，11-确认键，12-复位键，13-感应信号指示灯，14-电源指示灯。

具体实施方式

如图1所示，一种高精度单摆实验仪，包括底座1、立柱2、支点3、摆线4、摆球5及量角器6，其中，立柱2上设有激光传感器7，激光传感器7位于支点3正下方且激光传感器7与支点3之间的距离等于摆线4的长度，激光传感器7还连接一显示控制单元；该显示控制单元由单片机、液晶显示器8、提示音发生器、指令输入键、指示灯及电源开关9构成；指令输入键包括计时次数输入键10、确认键11及复位键12；指示灯包括感应信号指示灯13及电源指示灯14。当摆线4的长度改变时，可改变激光传感器7的安装位置以适应摆线4长度的改变。

实验时，开启显示控制单元的电源开关9，与显示控制单元连接的激光传感器7通电开启并发射出激光，按下复位键12使上次实验结果归零，通过计时次数输入键10输入预设计时次数，并按下确认键11进行确认，实验初始设置完成。

将摆球5拉至一小角度位置，然后松开摆球5开始实验，当摆球5经过平衡位置即最低点时激光传感器7作出感应并将感应信号传输给显示控制单元的单片机，感应信号指示灯13在激光传感器7每次作出感应时都会闪烁一次。当计时次数达到预设计时次数时，激光传感器7即停止感应，提示音发生器开始发出实验结束的提示音，单片机根据计时次数和计时总长计算出单摆周期，同时，液晶显示器8锁定并对计时次数、计时总长和计算出的周期予以可视化显示。

整个实验过程简单明了，无需大量重复实验即可得出精确的实验结果；另外，实验结束时可通过液晶显示器8对实验数据和结果进行直观显示，方便了后续的实验计算。

Claims (4)

1.一种高精度单摆实验仪，包括底座（1）、立柱（2）、支点（3）、摆线（4）、摆球（5）及量角器（6），其特征在于，所述立柱（2）上设有激光传感器（7），所述激光传感器（7）位于支点（3）正下方且激光传感器（7）与支点（3）间距离等于摆线（4）的长度，所述激光传感器（7）还连接一显示控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种高精度单摆实验仪，其特征在于，所述显示控制单元由单片机、液晶显示器（8）、提示音发生器、指令输入键、指示灯及电源开关（9）构成。

3.根据权利要求2所述的一种高精度单摆实验仪，其特征在于，所述指令输入键包括计时次数输入键（10）、确认键（11）及复位键（12）。

4.根据权利要求2所述的一种高精度单摆实验仪，其特征在于，所述指示灯包括感应信号指示灯（13）及电源指示灯（14）。

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