專利名稱:雙極值物理擺的制作方法
本實(shí)用新型是關(guān)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器中的一種雙極值物理擺。
原來(lái)高等院校力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，采用的是凱特(C·H·Kater)物理擺，其結(jié)構(gòu)是在長(zhǎng)條形的擺體上開了支點(diǎn)掛孔，將擺體掛在三角形刀口支架上，使擺振動(dòng)便能測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，重力加速度。
用凱特?cái)[做物理實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容過于簡(jiǎn)單，操作也很死板，在實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)不感興趣，更難激發(fā)學(xué)生對(duì)物理概念的思考，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課效果不佳，而且在所有的力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，還沒有極值現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，故現(xiàn)在凱特?cái)[已基本上被淘汰。
鑒于上述公知技術(shù)所存在的問題，本實(shí)用新型的任務(wù)是提供一種能使大學(xué)生綜合認(rèn)識(shí)力學(xué)理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生選擇極值分布的辯證思維能力，增加做力學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，認(rèn)識(shí)到質(zhì)量分布不變時(shí)有最小周期圓；支點(diǎn)不變時(shí)，有轉(zhuǎn)體的最大、小周期取向(對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)動(dòng)90度的不同的質(zhì)量分布)的雙極值物理擺。
采用以下技術(shù)方案來(lái)達(dá)到本專利的目的用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的雙極值物理擺、以金屬、塑料、有機(jī)玻玏或玻玏鋼等材料制成，擺桿與擺盤相連制成一體再和連接軸相接構(gòu)成基本擺體，在其平面上分布支點(diǎn)掛孔，由轉(zhuǎn)軸、擺條、擺錘構(gòu)成的轉(zhuǎn)體與基本擺體組成雙極值物理擺。實(shí)施后的效果表明所用技術(shù)方案能完成本實(shí)用新型的任務(wù)。測(cè)量原理簡(jiǎn)述如下由轉(zhuǎn)動(dòng)定律可導(dǎo)出物理擺的振動(dòng)周期公式為
T ( x ) = 2 πImg x= 2 πI0+ mx2m g x]]>，求T(χ)極值得χ＝K，表明以質(zhì)心G為圓心，以K為半徑作圓，支點(diǎn)通過圓上任一點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸與圓面垂直，使物理擺振動(dòng)，周期都相等而且最小(與軸線通過圓內(nèi)或圓外的其它任一點(diǎn)相比)，這就是物理擺轉(zhuǎn)體取向一定，質(zhì)量分布一定所出現(xiàn)的第一個(gè)極值最小周期圓；轉(zhuǎn)體取向不變，改變支點(diǎn)測(cè)得如附圖1所示的T(χ)曲線。改變轉(zhuǎn)體取向，支點(diǎn)不變時(shí)測(cè)得第二個(gè)極值最小、最大的振動(dòng)周期，如附圖2所示的周期隨角度變化的近似橢圓形的T(θ)封閉曲線。
本專利還具有如下特征基本擺體平面上的支點(diǎn)掛孔是以質(zhì)心G為圓心的同心圓或均勻分布的；在擺桿和擺盤(形狀為圓形、方形、矩形、蝶形、棱形或梯形)之間有一長(zhǎng)方形孔，孔上安裝支點(diǎn)微調(diào)器，用來(lái)微調(diào)支點(diǎn)；孔邊緣上有刻度，著示微調(diào)器的位置；由組合或分離轉(zhuǎn)軸連接擺條(擺條上刻有距離刻度)，且擺條的另一端連有能調(diào)節(jié)位置的擺錘組成的轉(zhuǎn)體，轉(zhuǎn)體能分別任意調(diào)節(jié)相對(duì)擺體平面的角度，以改變質(zhì)量分布；組合轉(zhuǎn)軸上有一角度刻度盤，用來(lái)指示它們之間的相對(duì)角度；在連接軸的另一端有質(zhì)心調(diào)節(jié)器，用來(lái)調(diào)整物理擺的質(zhì)心。
實(shí)施的雙極值物理擺，除能完成專利的任務(wù)外，還能加深對(duì)下列物理概念的理解一、驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)定律；二、測(cè)定轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；三、質(zhì)心同心圓的等周期性；四、等值單擺長(zhǎng)與重力加速度；五、四個(gè)等值周期點(diǎn)的組合；六、打擊中心；七、驗(yàn)證平行軸定理；八、單擺、復(fù)擺在機(jī)械能守恒方面的對(duì)比及能流概念。驗(yàn)證并體會(huì)這些物理量的內(nèi)在聯(lián)系，可供理、工科學(xué)生做定量、綜合、演示實(shí)驗(yàn)，是一種力學(xué)多用實(shí)驗(yàn)儀器，并具有測(cè)量精度高，操作方便，制造簡(jiǎn)易成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
圖1是轉(zhuǎn)體取向不變，改變支點(diǎn)測(cè)得的T(X)曲線。
圖2是改變轉(zhuǎn)體取向，支點(diǎn)不變測(cè)得的T(θ)曲線。
圖3為實(shí)施例一的正視圖。
圖4為實(shí)施例一的側(cè)視圖。
圖5是實(shí)施例二的正視圖。
圖6是實(shí)施例二的俯視圖。
圖7是實(shí)施例二的組合轉(zhuǎn)軸放大圖。
圖8是實(shí)施例二的轉(zhuǎn)體互相垂直并與擺體平面成45度時(shí)的狀態(tài)圖。
可以這樣來(lái)實(shí)施本實(shí)用新型參照?qǐng)D1，將一塊鋼板制成一個(gè)長(zhǎng)條形的擺桿〔2〕和圓形(長(zhǎng)方形、梯形、矩形、蝶形或棱形)的擺盤〔3〕，在擺桿和擺盤平面上均勻地開有支點(diǎn)掛孔〔1〕，每個(gè)孔都可掛在支架的刀口上(三角形狀)成為支點(diǎn)；在擺盤的下方通過連接螺釘〔19〕與連接軸〔17〕相連接構(gòu)成基本擺體；在連接軸上套裝二個(gè)轉(zhuǎn)軸〔6〕(轉(zhuǎn)軸可用軸承代替)，轉(zhuǎn)軸各自可繞連接軸〔17〕轉(zhuǎn)動(dòng)360度角度，在轉(zhuǎn)軸的中心線上分別接上圓形擺條〔5〕，擺條的另一端連接圓形擺錘〔4〕，由此組成的轉(zhuǎn)體用來(lái)調(diào)節(jié)質(zhì)量對(duì)轉(zhuǎn)軸的分布，并盡量照顧到對(duì)振動(dòng)平面的對(duì)稱；在連接軸〔17〕的下方還裝有一個(gè)插銷〔18〕，以防轉(zhuǎn)體意外下滑；整個(gè)物理擺均可用金屬、塑料、有機(jī)玻璃或玻璃鋼等材料制成；將本專利的外表鍍復(fù)一層金屬保護(hù)層或噴漆，起防銹和外觀裝潢作用。
圖5、6、7示出了一種物理擺最佳實(shí)施例在長(zhǎng)方形擺桿〔2〕的上方有一圓掛環(huán)〔7〕(用于儀器掛放)，擺桿下方與圓形擺盤〔3〕相連制成一體，擺盤下方與連接軸〔17〕相接，構(gòu)成基本擺體，開有均勻的支點(diǎn)掛孔〔1〕在基本擺體的平面上；擺桿與擺盤的交界處，開有長(zhǎng)方形孔，孔的邊緣上有支點(diǎn)調(diào)節(jié)刻度〔8〕，孔中安有支點(diǎn)微調(diào)節(jié)器〔9〕，用于調(diào)節(jié)支點(diǎn)的位置；基本擺體的連接軸上套裝一個(gè)組合轉(zhuǎn)軸〔10〕，組合轉(zhuǎn)軸分上下轉(zhuǎn)軸〔13〕、〔14〕，兩者都可分別繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)360度，上下轉(zhuǎn)軸之間有一角度刻度盤〔15〕，顯示轉(zhuǎn)體各自的角度，鎖緊彈簧片〔16〕是防止擺振動(dòng)時(shí)角度發(fā)生變化，組合轉(zhuǎn)軸上分別連接四根擺條〔5〕，擺條的橫切面如C－C剖面圖所示，在擺條的平面上刻有距離刻度，用來(lái)顯示擺錘〔4〕調(diào)節(jié)的位置，擺條的另一端有擺錘〔4〕，擺錘上的緊固螺釘是防止擺振動(dòng)時(shí)滑動(dòng)而設(shè)的；在連接軸〔17〕的下方設(shè)有質(zhì)心調(diào)節(jié)器〔11〕，用來(lái)調(diào)節(jié)物理擺的質(zhì)心，物理擺的材料與實(shí)施例一中所記載的相同。
圖8示出了物理擺轉(zhuǎn)體的一種工作位置時(shí)的狀態(tài)。根據(jù)需要，轉(zhuǎn)體的工作位置是任意可調(diào)的。
本實(shí)用新型實(shí)施例測(cè)出的第一個(gè)極值為1.378秒，第二個(gè)極值為1.07秒、1.45秒，振動(dòng)周期的測(cè)定可以用秒表或用光電轉(zhuǎn)換制成的電子毫秒計(jì)；測(cè)得合肥地區(qū)的重力加速度為979.06厘米／秒2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.2286米2公斤，測(cè)得第二十三個(gè)(從上往下順序)支點(diǎn)掛孔為基本質(zhì)心G的位置。
權(quán)利要求
1.具有擺桿[2]、支點(diǎn)掛孔[1]的物理擺，適用于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，其特征在于a、所述擺桿[2]與擺盤[3]制成一體；b、該擺盤[3]與連接軸[17]相連構(gòu)成基本擺體；c、轉(zhuǎn)軸[6]或[13]、[14]上分別連接擺條[5]；d、該擺條[5]的另一端與擺錘[4]相連構(gòu)成轉(zhuǎn)體；e、在基本擺體的連接軸[17]上安裝轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)軸[6]或[13][14]組成雙極值物理擺。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所規(guī)定的物理擺，其特征是擺桿〔2〕與擺盤〔3〕之間有一方形孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所規(guī)定的物理擺，其特征是孔上安裝有支點(diǎn)微調(diào)節(jié)器〔9〕。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的物理擺，其特征是擺桿〔2〕和擺盤〔3〕的平面上是在以質(zhì)心為圓心的同心圓上或均勻分布支點(diǎn)掛孔〔1〕。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的物理擺，其特征是擺盤〔3〕的形狀為圓形、長(zhǎng)方形、梯形、蝶形、棱形或矩形。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的物理擺，其特征是連接軸〔17〕的另一端連接質(zhì)心調(diào)節(jié)器〔11〕。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的物理擺，其特征是轉(zhuǎn)軸〔13〕、〔14〕之間有角度刻度盤〔15〕。
8.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的物理擺，其特征是孔的邊緣上有支點(diǎn)調(diào)節(jié)刻度〔8〕。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所規(guī)定的物理擺，其特征是擺條〔5〕上刻有距離刻度。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1、3、4、6或7所述的雙極值物理擺，其特征是所用材料是金屬、塑料、有機(jī)玻璃或玻璃鋼。
專利摘要
本實(shí)用新型公開了一種雙極值物理擺，適合于大學(xué)多種力學(xué)實(shí)驗(yàn)。其特征是在長(zhǎng)形擺桿的一端加上擺盤，擺桿和擺盤的平面上分布著支點(diǎn)掛孔，擺盤與連接軸相連。連接軸上套裝一個(gè)由轉(zhuǎn)軸、擺條、擺錘組成的轉(zhuǎn)體。改變支點(diǎn)，轉(zhuǎn)體取向不變測(cè)得第一個(gè)極值最小周期圓；支點(diǎn)不變，改變轉(zhuǎn)體取向測(cè)得第二個(gè)極值最小、最大的振動(dòng)周期。根據(jù)T(X)曲線，理、工科大學(xué)生能做力學(xué)的定量、綜合、演示實(shí)驗(yàn)，是一種測(cè)量精度高的力學(xué)多用實(shí)驗(yàn)儀。
文檔編號(hào)G09B23/08GK86209874SQ86209874
公開日1987年10月7日 申請(qǐng)日期1986年12月30日
發(fā)明者蔚道環(huán), 陸正亞 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan