一种三线摆实验仪制造技术

本实用新型专利技术属于实验仪器技术领域，公开了一种三线摆实验仪，包括支架、三线摆，三线摆由上圆盘、下圆盘以及联结上圆盘与下圆盘的三根长度相等的悬线组成；底座与上支架通过三根立杆连接，上圆盘的转动轴垂直固定在上支架的横梁上，使得装置稳定；上支架的中心位置通过连接轴与绕线轴及顶丝连接；悬线一端与绕线轴连接，另一端与下圆盘连接，方便调节三线摆摆长，避免了三线摆摆动过程中的晃动。底座安装一个固定的指针，在下圆盘的圆周边上刻有一个圆周角度刻度条，角度从0到360度刻线标注，精度为0.1度，调整指针与刻度条刻度线相互平行，转动下圆盘时，可观察到指针经过刻度的角度数值，实现精确控制转动角度小于5度。

【技术实现步骤摘要】
一种三线摆实验仪
本技术属于实验仪器
，尤其涉及一种三线摆实验仪。
技术介绍
转动惯量是理论力学中一个基本的物理量，其值取决于物体的形状、质量分布以及所选转轴的位置。对于几何形状简单、质量分布均匀的刚体，可以直接用公式计算出它相对于某一确定转轴的转动惯量，但对于外形复杂和质量分布不均匀的物体，只能通过实验方法来精确测定其转动惯量。因此，实验方法来测量刚体转动惯量显得更为重要。三摆线法是测量物体转动惯量的重要方法，具有图像清晰、操作简便易行、适合各种形状等优点。一直以来，三线摆测量物体转动惯量实验是理工科物理实验中最常见的实验项目。但是，三线摆法存在因实验装置和人工操作引起实验误差的弊端。如何减少实验误差一直是各方研究的对象，现有技术一：分析了刚体转动惯量测量公式的推导及所用的近似方法，以及各种近似对实验测量结果的影响；现有技术二：在推导三线摆测量刚体转动惯量公式的过程中，得出转动惯量的误差主要来源于摆动的最大角位移过大以及操作中测量周数、晃动和长度测量失误；综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术对于摆角过大，摆动过高，周期计时不准，摆动过程中仪器不稳定、摆角扭动、摆线调节不便等因素没有一次性解决。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本技术提供了一种三线摆实验仪。本技术是这样实现的，一种三线摆实验仪，所述三线摆实验仪设置有：上支架；由上圆盘、下圆盘以及联结上圆盘与下圆盘的三根长度相等的悬线组成的三线摆；所述上圆盘中心的转轴垂直固定在所述上支架的横梁上；所述上支架的中心位置通过连接轴与绕线轴及顶丝连接。进一步，底板通过三个立杆与上支架连接。进一步，所述底板边缘通过螺钉固定一个指针。进一步，所述下圆盘表面的圆周边上刻有圆周角度刻度线，角度从0到360度刻线标注，刻线精度为0.1度。本技术在现有三线摆转动惯量测定仪的底座与上支架通过三根立杆连接，上圆盘的转动轴垂直固定在上支架的横梁上，使得装置稳定；上支架的中心位置通过连接轴与绕线轴及顶丝连接；悬线一端与绕线轴连接，另一端与下圆盘连接，方便调节三线摆摆长，避免了三线摆摆动过程中的晃动。底座安装一个固定的指针，在下圆盘的圆周边上刻有一个圆周角度刻度条，角度从0到360度刻线标注，精度为0.1度，调整指针与刻度条刻度线相互平行，转动下圆盘时，可观察到指针经过刻度的角度数值，实现精确控制转动角度小于5度。附图说明图1是本技术实施例提供的三线摆实验仪结构示意图；图2是本技术实施例提供的圆盘转动过程示意图；图中：1、上圆盘；2、下圆盘；3、悬线；4、底板；5、立杆；6、上支架；7、横梁；8、绕线轴；9、顶丝；10、指针。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本技术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技术，并不用于限定本技术。下面结合附图对本技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本技术实施例提供的三线摆实验仪包括：上圆盘1、下圆盘2、悬线3、底板4、立杆5、上支架6、横梁7、绕线轴8、顶丝9、指针10。底板4通过三个立杆5与上支架6连接，上圆盘1中心的转轴垂直固定在上支架6的横梁7上，上支6架的中心位置通过连接轴与绕线轴8、顶丝9连接；底板4边缘通过螺钉固定一个指针10，在下圆盘2表面的圆周边上刻有圆周角度刻度线，角度从0到360度刻线标注，刻线精度为0.1度。调整指针10与刻度条刻度线相互平行，转动下圆盘2时，可观察到指针10经过刻度的角度数值，实现精确控制转动角度小于5度。下面结合实验对本技术的应用效果作详细的描述。图2中下圆盘转动过程的角速度为ω、h为下圆盘因悬线扭转而上升的高度,θ0为角振幅、T为振动周期、J0为下圆盘对上下盘中心轴线的转动惯量、ω0为回到平衡位置时的角速度。当下圆盘回到平衡位置时，动能Ek＝1/2J0ω02，最高点时增加的势能Er＝mgh。忽略空气阻力和摩擦阻力，根据机械能守恒定律有1/2J0ω02＝mgh。从下圆盘角位移θ与时间t的关系可推导出角速度ω与时间t的关系为：θ＝θ0sin2πt/T,ω＝dθ/dt＝2πθ0/T·cos2πt/T；当t＝0,T/2,T,3T/2,…时，下圆盘通过平衡位置，ω0＝ωmax＝2πθ0/T，因此：mgh＝1/2J0(2πθ0/T)2；当摆角振幅为θ0时，下圆盘上某悬点A移动到位置A1，圆盘轴的上升高度为：h＝loo1＝lBC-lBC1＝(lBC2-lBC12)/(lBC+lBC1)；式中lOO1、lBC、lBC1是O与O1、B与C、B与C1之间的距离，分析可得：h＝2Rr(1-cosθ0)/lBC＝4Rrsin2θ0/2/(2H–h)；由于H>>h，所以2H-h≈2H，摆角θ0很小时，sin2θ0/2≈(θ0/2)2≈θ02/4，故：h＝Rrθ02/2H；因此，可以得到：J0＝mgRrT02/4π2H；通过对本技术三线摆实验仪使用，能很好的提高实验测量精度，并实现三线摆实验仪对实际物体转动惯量的测量。以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三线摆实验仪，其特征在于，所述三线摆实验仪设置有：上支架；由上圆盘、下圆盘以及联结上圆盘与下圆盘的三根长度相等的悬线组成的三线摆；所述上圆盘中心的转轴垂直固定在所述上支架的横梁上；所述上支架的中心位置通过连接轴与绕线轴及顶丝连接。

【技术特征摘要】
1.一种三线摆实验仪，其特征在于，所述三线摆实验仪设置有：上支架；由上圆盘、下圆盘以及联结上圆盘与下圆盘的三根长度相等的悬线组成的三线摆；所述上圆盘中心的转轴垂直固定在所述上支架的横梁上；所述上支架的中心位置通过连接轴与绕线轴及顶丝连接。2.如权利要求1所述的三线摆实...

【专利技术属性】
技术研发人员：李平舟，武颖丽，吴兴林，武阳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61