一种封闭式多功能的单摆实验仪器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种封闭式多功能的单摆实验仪器，包括：底座(1)、支架(3)、摆线(10)、铁质金属摆球(12)；还包括红外线传感器(2)，固定在支架(3)底端与铁质金属摆球(12)通过的最低点对齐。本实用新型专利技术增加了真空封闭系统、控制摆球角度的电磁铁、和方便计数的红外线传感器的模块，该仪器既可以可用于验证机械能守恒定律，动能定理，以及探究单摆周期与摆长，重力加速度定量关系，让实验操作简单，数据收集和处理智能化，实验结果更加精确。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种封闭式多功能的单摆实验仪器，属于实验器械

技术介绍
物理是一门以实验为基础的科学，实验是中学物理教学中不可缺少的部分。注重科学探究是物理新课程标准理念之一，实验探究作为科学探究的主要方式，直接制约着学生获得知识的过程。精确度高、操作简单的探究实验能让学生更好的掌握物理知识，对物理教学效果起着至关重要的作用。但是现阶段中学物理教学采用的实验仪器，大多存在功能单一、精确度低等问题。如单摆实验，是机械能守恒的验证实验，具体过程是让两个身高一样的同学站在摆球两端，进行“碰鼻实验”。放开摆球后当摆球上升到另一端的最高点时，将碰到另一个同学的鼻子，从而验证摆球在摆动过程中机械能守恒。但由于空气阻力的影响，摆球振幅减小，造成小球最高点位置很难判断，实验误差大。再如验证机械能守恒定律的实验仪器。纸带与打点计时器的摩擦会影响实验精度，且需要两人以上进行操作。测量当地重力加速度，利用普通单摆仪，用秒表计时，测出单摆周期，算出加速度。但用秒表计时误差大，实验过程复杂不利于用于演示实验，且此实验内容很单一。
技术实现思路
基于以上实验的误差大，操作复杂，可见性不高等不足，本技术特提出一种封闭式多功能的单摆实验仪器。一种封闭式多功能的单摆实验仪器，包括底座(I)、支架(3)、摆线(10)、铁质金属摆球(12);还包括红外线传感器(2)，固定在支架(3)底端与铁质金属摆球(12)通过的最低点对齐。所述的单摆实验仪器，还包括横杆(4)，横杆(4)垂直于支架(3)并固定在支架(3)上，改变摆球通过最低点时的摆长。所述的单摆实验仪器，还包括角度版(5);角度版(5)上左右对称刻有角度，读取摆球偏离角度。所述的单摆实验仪器，还包括有机玻璃罩(7)将整个实验仪器罩住，隔绝空气，让实验过程形成封闭系统；有机玻璃罩(7)带有抽气阀门(6)，定量抽取有机玻璃罩(7)中的空气，有机玻璃罩(7)带有气压表(9)，用于测量封闭系统中气压。所述的单摆实验仪器，还包括第一电磁铁(8)固定在支架顶端，通电后吸引摆球(12)，等效减小重力加速度g;第二电磁铁(11)固定在支架(3) —侧，通电后吸引摆球(12)，调节电流大小可改变摆球偏离角度；铁质金属摆球(12);第三电磁铁(13)固定在支架(3)的底端，通电后吸引摆球(12)，等效于增加重力加速度g。所述的单摆实验仪器，还包括手动柄(14)，转动手动柄(14)从外部改变有机玻璃罩⑵内摆线长度。所述的单摆实验仪器，还包括带孔针(15)，摆线(10)穿过带孔针(15)的针孔后固定摆点O所述的单摆实验仪器，还包括刻度尺(16)，固定在支架(3)上，其零刻线与带孔针(15)齐平。本技术增加了真空封闭系统、控制摆球角度的电磁铁、和方便计数的红外线传感器的模块，该仪器既可以可用于验证机械能守恒定律，动能定理，以及探究单摆周期与摆长，重力加速度定量关系，让实验操作简单，数据收集和处理智能化，实验结果更加精确。附图说明图1是仪器正面图；图2是摆球装置放大图。具体实施方式以下结合具体实施例，对本技术进行详细说明。实施例1图1是仪器正面图，图2是摆球装置放大图。封闭式多功能的单摆实验仪器包括底座1，用于固定支架3 ;红外线传感器2，固定在支架3底端与铁质金属摆球12通过的最低点对齐，记录摆球通过最低点的速度、时间、次数；支架3，用于固定摆线10、横杆4、角度版5 ;横杆4垂直于支架3并固定在支架3上，改变摆球通过最低点时的摆长；角度版5，其上左右对称刻有角度，读 取摆球偏离角度；抽气阀门6，定量抽取有机玻璃罩7中的空气；有机玻璃罩7，隔绝空气，让实验过程形成封闭系统；第一电磁铁8固定在支架顶端，通电后吸引摆球12，等效减小重力加速度g ;气压表9，用于测量封闭系统中气压；摆线10 ;第二电磁铁11固定在支架3—侧，通电后吸引摆球，调节电流大小可改变摆球偏离角度；铁质金属摆球12 ;第三电磁铁13固定在支架3的底端，通电后吸引摆球12，等效于增加重力加速度g ;手动柄14，转动手动柄14从外部改变玻璃罩内摆线长度；带孔针15，摆线10穿过带孔针15的针孔后固定摆点，便于读取摆长；刻度尺16固定在支架3上，用于读取摆长，其中零刻线与带孔针15齐平。实施例2验证机械能守恒和动能定理(I)按图1，将实验所用的设备放置好，将螺丝钉固定好并图上真空脂以密闭实验>J-U ρ α装直。(2)打开电动抽气机开关，将有机玻璃罩内空气抽出，观察压力表的读数，当压力表的读数为IOOOOPa时，关闭电动抽气机开关并放下抽气阀门。(3)确定摆线长度I(4)闭合电磁铁①的开关，从角度版中读出偏离角度Θ，根据摆长可算出小球上升高度h = I (Ι-cos Θ )。断开电磁铁开关让小球自由下落，观察小球摆动的振幅变化，由红外线传感器自动记录小球下落至最低点时的速度。(5)打开抽气阀门再打开电动抽气机开关,将有机玻璃罩内空气抽出，观察压力表的读数，当压力表的读数分别为lOOOPa、IOOPaUOPa时，关闭电动抽气机开关并放下抽气阀门，重复4。(6)改变偏离角度Θ和摆长I重复4、5。(7)将记录数据输入excel,通过计算机计算比较下降的重力势能ΔΕρ = mgh与增加的动能= 的大小关系，从而验证机械能守恒和动能定理。实施例3改变摆长下的机械能守恒(I)按图1，将实验所用的设备放置好，在支架上任意一小孔中插入一根木条，小球下落到最低时摆长会改变。将螺丝钉固定好并图上真空脂以密闭实验装置。(2)打开电动抽气机开关，将有机玻璃罩内空气抽出，观察压力表的读数，当压力表的读数为IOOOOPa时，关闭电动抽气机开关并放下抽气阀门。(3)确定摆球在左侧摆动时摆线长度I1，右侧摆动时摆线长度I2(4)闭合电磁铁①开关，从角度版中读出左侧最大偏离角度Q1，根据摆长可算出摆球左侧上升高度hi = I1(1-Cose1)0断开电磁铁开关让自由下落，观察小球摆动的振幅变化，从角度版中读出右侧最大偏离角度θ2，根据摆长可算出摆球右侧上升高度匕=I2 (1-cos Θ 2)。(5)打开抽气阀 门再打开电动抽气机开关,将有机玻璃罩内空气抽出，观察压力表的读数，当压力表的读数分别为lOOOPa、IOOPaUOPa时，关闭电动抽气机开关并放下抽气阀门，重复4。(6)改变偏离角度Q1，摆线长度I1，木条位置重复4、5。(7)将记录数据输入excel,通过计算机计算比较左侧下降的重力势能AEp = mghi与右侧增加的重力势能ΔΕρ = mgh2的大小关系,从而验证摆长改变过程中小球机械能守恒。实施例4用单摆测量重力加速度(I)按图1，将实验所用的设备放置好，将螺丝钉固定好并图上真空脂以密闭次实验装置。(2)打开电动抽气机开关，将有机玻璃罩内空气抽出，观察压力表的读数，当压力表的读数为IOOOOPa时，关闭电动抽气机开关并放下抽气阀门。(3)确定摆线长度I(4)闭合电磁铁①开关，让小球摆动角度小于5度，形成单摆。断开电磁铁开关，让小球自由下落，用红外线传感器记录小球通过最低点的时间tplVtn和次数1、2…η,可算出单摆周期。根据Γ = 可得g = ^，由此可算出当地重力加速度。(5)打开抽气阀门再打开电动抽气机开关,将有机玻璃罩内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种封闭式多功能的单摆实验仪器，包括：底座(1)、支架(3)、摆线(10)、铁质金属摆球(12)；其特征在于，还包括红外线传感器(2)，固定在支架(3)底端与铁质金属摆球(12)通过的最低点对齐。

【技术特征摘要】
1.一种封闭式多功能的单摆实验仪器，包括底座(I)、支架(3)、摆线(10)、铁质金属摆球(12);其特征在于，还包括红外线传感器(2)，固定在支架(3)底端与铁质金属摆球(12)通过的最低点对齐。2.根据权利要求1所述的单摆实验仪器，其特征在于，还包括横杆(4)，横杆(4)垂直于支架(3)并固定在支架(3)上，改变摆球通过最低点时的摆长。3.根据权利要求1所述的单摆实验仪器，其特征在于，还包括角度版(5);角度版(5)上左右对称刻有角度，读取摆球偏离角度。4.根据权利要求1所述的单摆实验仪器，其特征在于，还包括有机玻璃罩(7)将整个实验仪器罩住，隔绝空气，让实验过程形成封闭系统；有机玻璃罩(7)带有抽气阀门(6)，定量抽取有机玻璃罩(X)中的空气，有机玻璃罩(7)带有气压表(9),用于测量封闭系...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾体贤，蒋屿潞，黄超，刘其娅，杨尚云，
申请(专利权)人：西华师范大学，
类型：实用新型
国别省市：