CN209328316U - 一种摆线长度可调节的单摆实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及物理实验器具技术领域，具体涉及一种摆线长度可调节的单摆实验装置；包括底座、矩形立板、转板、量角器、收线轮、光电门、细线和摆球；底座上端面的中部固定设有矩形立板，矩形立板为L型结构，且矩形立板前端面的中部纵向设有红色校准线条；通过转动收线轮能调节摆长L的长度，方便考查摆长与周期的关系；通过矩形立板前端面的中部设有红色校准线条确定摆线是否与矩形立板的纵向中轴线相重合，提高了实验的准确度；当拉开摆角较大时，转动矩形立板后端的刻度尺使之处于水平状态，此时刻度尺能起到参考作用，从而减小摆球做简谐运动时因触碰到光电门而增大了实验的误差，从而提高了实验的准确度。

Description

一种摆线长度可调节的单摆实验装置

技术领域

本实用新型涉及物理实验器具技术领域，具体涉及一种摆线长度可调节的单摆实验装置。

背景技术

用一根绝对挠性且长度不变、质量可忽略不计的线悬挂一个质点，在重力作用下在铅垂平面内作周期运动，就成为单摆。单摆在摆角小于5°(现在一般认为是小于10°)的条件下振动时，可近似认为是简谐运动。单摆运动的周期公式：其中L指摆长，g是当地重力加速度。

单摆是一种理想的物理模型，它由理想化的摆球和摆线组成，摆线由质量不计、不可伸缩的细线提供；摆球密度较大，而且球的半径比摆线的长度小得多，这样才可以将摆球看做质点，由摆线和摆球构成单摆，在满足偏角<10°的条件下，

从公式中可看出，单摆周期与振幅和摆球质量无关，从受力角度分析，单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力，偏角越大，回复力越大，加速度越大，在相等时间内走过的弧长也越大，所以周期与振幅、质量无关，只与摆长L和重力加速度g有关，在有些振动系统中L不一定是绳长，g也不一定为9.8m/s，物理上有些问题与单摆类似，经过一些等效可以套用单摆的周期公式，这类问题称为“等效单摆”，等效单摆在生活中比较常见，除等效单摆外。

现有的实验室用单摆实验装置虽然能起到一定的教学演示作用，但是其仍存在以下不足之处：

1、摆长L无法调节，不方便考查摆长与周期的关系。

2、实验前不能确定摆线是否与矩形立板的纵向中轴线相重合，若不重合则会因摆线偏离矩形立板的纵向中轴线而造成的实验误差。从而降低了实验的准确度。

3、当拉开摆角较大时，由于没有参照使得摆线被拉斜(摆线和摆球与立柱不平行)，而导致摆球做简谐运动时因触碰到光电门而增大了实验的误差，从而降低了实验的准确度。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种摆线长度可调节的单摆实验装置，用于解决背景技术所提出的的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种摆线长度可调节的单摆实验装置，包括底座、矩形立板、转板、量角器、收线轮、光电门、细线和摆球；所述底座的底部设有调节螺栓，且底座上端面的前部设有水准仪，所述底座上端面的中部固定设有矩形立板，矩形立板为L型结构，且矩形立板前端面的中部纵向设有红色校准线条；所述矩形立板前端面的左右两侧均设有刻度线，矩形立板的前部滑动设有光电门，光电门的两侧通过紧固螺栓固定在矩形立板上，矩形立板的后端部转动连接转板，转板的顶部涂有红色漆料；所述矩形立板顶部的前端面设有量角器，矩形立板的顶部转动连接有中部开设有螺纹线的收线轮，收线轮的表面缠绕有细线，细线贯穿矩形立板的顶部，细线的底部连接有底部设有黑色挡光杆的摆球，所述收线轮的后端部周向开设有若干个限位孔，限位孔内插接有限位杆，且收线轮的后端部设有转动把手。

更进一步地，所述转动把手的自由端部设有防滑橡胶套。

更进一步地，所述光电门后部的左右两侧面均设有侧面开设有螺孔的L型安装耳，所述矩形立板左右两端部的中部纵向开设有与L型安装耳自由端部相配合的矩形滑槽。

更进一步地，所述矩形立板的顶部对称设有安装耳片，所述收线轮转动设置在两安装耳片之间，且位于后部的安装耳片的下部开设有限位孔。

更进一步地，所述矩形立板顶部的中部开设有圆孔，且圆孔的直径等于细线的直径相等。

更进一步地，所述量角器的零刻度线的高度值与矩形立板的底部相齐平。

更进一步地，所述矩形立板顶部的中部胶接有纵向开设有圆形通孔的橡胶柱，且圆形通孔的孔径等于细线的直径。

更进一步地，细线处于铅锤状态时黑色挡光杆与光电门前、后两端面的发光元件、接收元件水平共线。

(三)有益效果

1、当需要考察摆长和周期之间的关系时，取下限位杆，并通过转动转动把手，使得细线缠绕在收线轮中部的螺纹线内，当摆线长度调节至合适位置时，将限位杆插接在安装耳片和收线轮后端部的限位孔内，即完成了对摆长的调节，通过矩形立板前端面左右两侧的刻度线就能读出摆线的长度，方便考查摆长与周期的关系。

2、实验前通过矩形立板前端面的中部设有红色校准线条确定摆线是否与矩形立板的纵向中轴线相重合，若不重合通过人为调节，确保摆线与矩形立板的纵向中轴线相重合，能有效地减小由于摆线偏离矩形立板的纵向中轴线而造成的实验误差，从而提高了实验的准确度。

3、当拉开摆角较大时，转动矩形立板后端的刻度尺使之处于水平状态，此时刻度尺能起到参考作用，避免了由于没有参照使得摆线被拉斜(摆线和摆球与立柱不平行)而导致摆球做简谐运动时因触碰到光电门而增大了实验的误差，从而提高了实验的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的正视图；

图2是本实用新型的侧视图；

图3是本实用新型的局部结构连接示意图；

图4是本实用新型的局部结构连接示意图；

图5是本实用新型的局部结构放大示意图。

图中的标号分别代表：

1-底座、2-矩形立板、3-转板、4-量角器、5-收线轮、6-光电门、 7-细线、8-摆球、9-调节螺栓、10-水准仪、11-红色校准线条、12-黑色挡光杆、13-发光元件、14-接收元件、15-限位孔、16-限位杆、17-转动把手、18-L型安装耳、19-安装耳片、20-橡胶柱。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种摆线长度可调节的单摆实验装置，包括底座1、矩形立板2、转板3、量角器4、收线轮5、光电门6、细线7和摆球8；底座1的底部设有调节螺栓9，且底座1上端面的前部设有水准仪10，底座1上端面的中部固定设有矩形立板2，矩形立板2为L型结构，且矩形立板 2前端面的中部纵向设有红色校准线条11；矩形立板2前端面的左右两侧均设有刻度线，矩形立板2的前部滑动设有光电门6，光电门6 的两侧通过紧固螺栓固定在矩形立板2上，矩形立板2的后端部转动连接转板3，转板3的顶部涂有红色漆料；矩形立板2顶部的前端面设有量角器4，矩形立板2的顶部转动连接有中部开设有螺纹线的收线轮 5，收线轮5的表面缠绕有细线7，细线7贯穿矩形立板2的顶部，细线7的底部连接有底部设有黑色挡光杆12的摆球8，收线轮5的后端部周向开设有若干个限位孔15，限位孔15内插接有限位杆16，且收线轮5的后端部设有转动把手17。

具体地，转动把手17的自由端部设有防滑橡胶套；光电门6后部的左右两侧面均设有侧面开设有螺孔的L型安装耳18，矩形立板2左右两端部的中部纵向开设有与L型安装耳18自由端部相配合的矩形滑槽；矩形立板2的顶部对称设有安装耳片19，收线轮5转动设置在两安装耳片19之间，且位于后部的安装耳片19的下部开设有限位孔15；矩形立板2顶部的中部开设有圆孔，且圆孔的直径等于细线7的直径相等；量角器4的零刻度线的高度值与矩形立板2的底部相齐平；矩形立板2顶部的中部胶接有纵向开设有圆形通孔的橡胶柱20，且圆形通孔的孔径等于细线7的直径。

实验前，通过调节螺栓9和水准仪10内的气泡，对本实用新型进行矫正，保证整个装置处于水平状态。然后通过矩形立板2前端面的中部设有红色校准线条11确定摆线是否与矩形立板2的纵向中轴线相重合，若不重合通过人为调节，确保摆线与矩形立板2的纵向中轴线相重合，能有效地减小由于摆线偏离矩形立板2的纵向中轴线而造成的实验误差。从而提高了实验的准确度。当需要考察摆长和周期之间的关系时，取下限位杆16，并通过转动转动把手17，使得细线7缠绕在收线轮5中部的螺纹线内，螺纹线的设置减小了细线7在收线轮5 表面打滑的几率。当摆线长度调节至合适位置时，将限位杆16插接在安装耳片19和收线轮5后端部的限位孔15内，即完成了对摆长的调节，通过矩形立板2前端面左右两侧的刻度线就能读出摆线的长度。然后通过上下滑动光电门6后部的L型安装耳18实现对光电门6高度的调节，当调节至摆球8底部的黑色挡光杆12与光电门6前、后两端面的发光元件13、接收元件14水平共线时，通过紧固螺栓将光电门6 固定在矩形立板2上。从而实现了对光电门6高度的调节。通过上述操作，方便考查摆长与周期的关系。当拉开摆角较大时，转动矩形立板2后端的转板3，转板3顶部的红色漆料能起到参照作用，避免了由于没有参照使得摆线被拉斜(摆线和摆球8与立柱不平行)而导致摆球8做简谐运动时因触碰到光电门6而增大了实验的误差的现象，从而提高了实验的准确度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种摆线长度可调节的单摆实验装置，包括底座、矩形立板、转板、量角器、收线轮、光电门、细线和摆球；其特征在于：所述底座的底部设有调节螺栓，且底座上端面的前部设有水准仪，所述底座上端面的中部固定设有矩形立板，矩形立板为L型结构，且矩形立板前端面的中部纵向设有红色校准线条；所述矩形立板前端面的左右两侧均设有刻度线，矩形立板的前部滑动设有光电门，光电门的两侧通过紧固螺栓固定在矩形立板上，矩形立板的后端部转动连接转板，转板的顶部涂有红色漆料；所述矩形立板顶部的前端面设有量角器，矩形立板的顶部转动连接有中部开设有螺纹线的收线轮，收线轮的表面缠绕有细线，细线贯穿矩形立板的顶部，细线的底部连接有底部设有黑色挡光杆的摆球，所述收线轮的后端部周向开设有若干个限位孔，限位孔内插接有限位杆，且收线轮的后端部设有转动把手。

2.根据权利要求1所述的一种摆线长度可调节的单摆实验装置，其特征在于：所述转动把手的自由端部设有防滑橡胶套。

3.根据权利要求1所述的一种摆线长度可调节的单摆实验装置，其特征在于：所述光电门后部的左右两侧面均设有侧面开设有螺孔的L型安装耳，所述矩形立板左右两端部的中部纵向开设有与L型安装耳自由端部相配合的矩形滑槽。

4.根据权利要求1所述的一种摆线长度可调节的单摆实验装置，其特征在于：所述矩形立板的顶部对称设有安装耳片，所述收线轮转动设置在两安装耳片之间，且位于后部的安装耳片的下部开设有限位孔。

5.根据权利要求1所述的一种摆线长度可调节的单摆实验装置，其特征在于：所述矩形立板顶部的中部开设有圆孔，且圆孔的直径等于细线的直径相等。

6.根据权利要求1所述的一种摆线长度可调节的单摆实验装置，其特征在于：所述量角器的零刻度线的高度值与矩形立板的底部相齐平。

7.根据权利要求1所述的一种摆线长度可调节的单摆实验装置，其特征在于：所述矩形立板顶部的中部胶接有纵向开设有圆形通孔的橡胶柱，且圆形通孔的孔径等于细线的直径。

8.根据权利要求1所述的一种摆线长度可调节的单摆实验装置，其特征在于：细线处于铅锤状态时黑色挡光杆与光电门前、后两端面的发光元件、接收元件水平共线。