CN204557880U - 一种用于测量重力加速度的教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于测量重力加速度的教具，包括固定机架和旋转安装座，旋转安装座上设置盛放有液体的透明的圆柱形容器，圆柱形容器的轴线与旋转安装座的转芯重合，旋转安装座与驱动机构相连接，固定机架上设置有对旋转安装座转动的角速度进行测量的角速度测量组件、以及对抛物面上任一液滴距抛物面最低点处的X向、Y向间距分别进行测量的间距测量组件，所述抛物面为圆柱形容器旋转后的液体液面，X向间距为沿水平方向的间距，Y向间距为沿铅垂方向的间距。上述技术方案中，将测得的X向、Y向间距和旋转安装座转动的角速度代入公式进行计算即可得到重力加速度，测量的精度高，而且学生操作的趣味性强。

Description

一种用于测量重力加速度的教具

技术领域

本实用新型涉及教学用具领域，具体涉及一种用于测量重力加速度的教具。

背景技术

重力加速度的测量是大学和中学物理实验课程的重要内容，现有常用的重力加速度测量方法主要包括单摆法、落球法及倾斜气垫导轨法等，上述测量装置分别存在一定的局限性，测量误差大，对操作要求性高。因此有必要开出一种新型的用于测量重力加速度的教具。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种用于测量重力加速度的教具，其可对重力加速度进行精确的测量。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种用于测量重力加速度的教具，其特征在于：包括固定机架和旋转安装座，旋转安装座上设置盛放有液体的透明的圆柱形容器，圆柱形容器的轴线与旋转安装座的转芯重合，旋转安装座与驱动机构相连接，固定机架上设置有对旋转安装座转动的角速度进行测量的角速度测量组件、以及对抛物面上任一液滴距抛物面最低点处的X向、Y向间距分别进行测量的间距测量组件，所述抛物面为圆柱形容器旋转后的液体液面，X向间距为沿水平方向的间距，Y向间距为沿铅垂方向的间距。

具体的方案为：间距测量组件包括进行X向间距测量的第一激光笔，第一激光笔固定在水平设置的第一游标卡尺的末端，第二激光笔固定在竖直设置的第二游标卡尺的末端，第一、二激光笔位于同一铅垂面内且两者发射的激光相垂直；角速度测量组件包括旋转安装座下侧设置的光电门，光电门与计时器相连接。

盛有液体的透明圆柱形容器匀速转动时，液体的表面将成为抛物面，抛物面的参数与重力加速度和旋转角速度有关，利用此性质可以测定重力加速度。上述技术方案中，将测得的X向、Y向间距和旋转安装座转动的角速度代入公式进行计算即可得到重力加速度，测量的精度高，而且学生操作的趣味性强。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为抛物面上液滴受力分析图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本实用新型的一种或几种具体的实施方式，并不对本实用新型具体请求的保护范围进行严格限定。

本实用新型采取的技术方案具体如图1所示，一种用于测量重力加速度的教具，包括固定机架12和旋转安装座11，旋转安装座11上设置盛放有液体的圆柱形容器20，圆柱形容器20的轴线与旋转安装座11的转芯重合，旋转安装座11与驱动机构相连接，固定机架12上设置有对旋转安装座11转动的角速度进行测量的角速度测量组件、以及对抛物面上任一液滴距抛物面最低点处的X向、Y向间距分别进行测量的间距测量组件，所述抛物面为圆柱形容器20旋转后的液体液面，X向间距为沿水平方向的间距，Y向间距为沿铅垂方向的间距。

具体的方案为：间距测量组件包括进行X向间距测量的第一激光笔131，第一激光笔131固定在水平设置的第一游标卡尺141的末端，第二激光笔132固定在竖直设置的第二游标卡尺142的末端，第一、二激光笔位于同一铅垂面内且两者发射的激光相垂直；角速度测量组件包括旋转安装座11下侧设置的光电门15，光电门15与计时器16相连接。

本实用新型测定重力加速度的原理为：

当圆柱形容器20中的水旋转时，任选一小块液体，在直角坐标系中其受力如图2所示：

mω²r为沿径向向外的惯性离心力，mg为重力，N为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力，由受力分析可知：

$\tan \mathrm{\θ}=\frac{m{\mathrm{\ω}}^{2}x}{\mathrm{mg}}=\frac{{\mathrm{\ω}}^{2}x}{g}$

又因为 $\tan \mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}$

所以可以得到： $\frac{\mathrm{dy}}{\mathrm{dx}}=\frac{{\mathrm{\ω}}^{2}x}{g}$

积分可得： $y-y_0=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{2g}{x}^2$

所以重力加速度 $g=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{2(y-y_0)}{x}^2$

此方程是抛物线方程，可见液面为旋转抛物面，设置一个旋转安装座11、固定机架12、角速度测量组件以及间距测量组件，直接测量y-y₀,ω和x的值，从而计算出重力加速度。

驱动装置为电机构成，电机的输出轴与旋转安装座11相连接，电机与直流电源18相连接，旋转安装座11为一转盘构成，通过改变电压可以改变旋转角速度ω；光电门15和光电计时器16可以显示旋转安装座11转动的周期T，因为所以可以得到转动安装座转动的角速度ω；固定机架12的上边横梁和右边横梁分别设置第一、二游标卡尺和第一、二激光笔相连，可以直接读取y-y₀和x的值，将数值代入公式:即可计算出加速度g的值。

本实用新型装置提供的用于测量重力加速度的教具，开拓了重力加速度测量的思路，设备原理简单，方法新颖，是普通物理实验教学的有利补充。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本实用新型中记载内容后，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种用于测量重力加速度的教具，其特征在于：包括固定机架和旋转安装座，旋转安装座上设置盛放有液体的透明的圆柱形容器，圆柱形容器的轴线与旋转安装座的转芯重合，旋转安装座与驱动机构相连接，固定机架上设置有对旋转安装座转动的角速度进行测量的角速度测量组件、以及对抛物面上任一液滴距抛物面最低点处的X向、Y向间距分别进行测量的间距测量组件，所述抛物面为圆柱形容器旋转后的液体液面，X向间距为沿水平方向的间距，Y向间距为沿铅垂方向的间距。

2.根据权利要求1所述用于测量重力加速度的教具，其特征在于：间距测量组件包括进行X向间距测量的第一激光笔，第一激光笔固定在水平设置的第一游标卡尺的末端，第二激光笔固定在竖直设置的第二游标卡尺的末端，第一、二激光笔位于同一铅垂面内且两者发射的激光相垂直。

3.根据权利要求1或2所述用于测量重力加速度的教具，其特征在于：角速度测量组件包括旋转安装座下侧设置的光电门，光电门与计时器相连接。