一種彈性擺實驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種物理實驗裝置，具體地指一種彈性擺實驗裝置。
【背景技術】
[0002]彈性擺指由彈性輕質(zhì)細絲與重物組成的單擺系統(tǒng)。彈性擺由于彈性輕質(zhì)細絲參與系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)化，使其運動呈復雜的非線性形式。針對彈性擺的研究目前集中于解析分析與數(shù)值模擬，即以差分法根據(jù)彈簧擺運動方程求解系統(tǒng)振動形態(tài)。以實驗方法研究彈性擺的運動形態(tài)還鮮有報道。
[0003]在彈性擺實驗教學過程中，發(fā)現(xiàn)相比于普通單擺實驗其有著許多困難。首先，彈性擺由于其彈性細絲的限制，很容易產(chǎn)生初始變形而使得系統(tǒng)初始擺長難以準確測量，也無法保證金屬小球以自由落體狀態(tài)開始擺動；此外，目前以手動控制金屬球釋放的方式無法避免外部干擾，保證小球釋放時初始速度為零；而以人工記錄小球釋放時間起點精度又較低，并且與單擺不同彈性擺的彈性細絲在運動過程中對金屬小球的作用力很難求解，因此，得到彈性擺周期性的擺線拉力時程對研究其運動形態(tài)有著重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的就是要解決上述【背景技術】的不足，提供了一種精度高、控制方便并可以得到彈性細絲拉力時程的彈性擺實驗裝置。
[0005]本實用新型的技術方案是:一種彈性擺實驗裝置由底座、底座腳螺旋、水平儀、豎桿、橫桿、電磁鐵、拉力傳感器、固定螺絲、彈性細絲與金屬小球組成。
[0006]其中，所述底座為剛性結構，設有水平儀，在底座下設置有多個角螺旋，通過調(diào)節(jié)角螺旋使底座水平儀的氣泡居中，實現(xiàn)整體實驗裝置水平；
[0007]所述豎桿為兩個剛性桿件，相互平行并垂直布置在底座中軸線上；
[0008]所述橫桿為剛性桿件，垂直連接于豎桿上部，其底端連接于兩個豎桿之間，橫桿長度方向標有刻度尺，刻度尺以橫桿和豎桿連接點為O刻度點；
[0009]橫桿下表面設有長度方向的滑槽，所述電磁鐵連接于橫桿滑槽內(nèi)，并可沿滑槽在橫桿長度方向滑動；
[0010]所述固定螺絲設置于電磁鐵上，通過旋緊固定螺絲可將電磁鐵固定在橫桿上；
[0011]所述拉力傳感器設置在橫桿下表面橫桿刻度尺O點處，其外部連接有數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；
[0012]所述彈性細絲一端連接于拉力傳感器，另一端連接有金屬小球；
[0013]本實用新型所述彈性細絲為輕質(zhì)結構，其質(zhì)量相對于金屬小球可以忽略不計，且在實驗過程中始終處于彈性變形范圍內(nèi)；
[0014]本實用新型所述金屬小球的特征尺寸相對于彈性細絲長度可以忽略不計。
[0015]本實用新型在實施過程中，首先通過調(diào)整底座腳螺旋，根據(jù)水平儀氣泡位置，實現(xiàn)裝置整體水平；然后接通電磁鐵電源，將金屬小球吸附于電磁鐵上，接通拉力傳感器外部數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；沿橫桿滑槽移動電磁鐵，觀察拉力傳感器測量的拉力數(shù)值變化，當拉力傳感器剛好出現(xiàn)讀數(shù)時，停止滑動電磁鐵，并擰緊固定螺絲，將電磁鐵固定在橫桿上；然后，讀取電磁鐵上金屬小球中心線在橫桿刻度尺上讀數(shù)L，即為彈性擺初始擺長；關閉電磁鐵電源，金屬小球開始下擺，記錄金屬小球釋放時刻；通過拉力傳感器記錄彈性擺擺動過程中彈性細絲的拉力時程。
[0016]相比于現(xiàn)有實驗裝置，本實用新型有以下優(yōu)點:
[0017](I)依靠電磁鐵吸附金屬小球，通過關閉電磁鐵電源實現(xiàn)金屬小球釋放，有效地控制了金屬小球的釋放形態(tài)，并實現(xiàn)了精確記錄金屬小球釋放時間；
[0018](2)通過在橫桿上滑動電磁鐵調(diào)整彈性細絲長度，并根據(jù)拉力傳感器讀數(shù)確定彈性細絲張緊時刻，保證了彈性擺初始狀態(tài)時彈性細絲處于原始長度，并利用橫桿標尺準確地測量了系統(tǒng)初始擺長；
[0019](3)通過在彈性擺的彈性細絲根部設置拉力傳感器獲得了運動過程中彈性細絲的拉力時程。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0021 ] 圖2是圖1中的A-A位置剖面圖；
[0022]圖3是圖1和圖2中所示橫桿5的仰視圖；
[0023]圖中:1、底座；2、底座腳螺旋；3、水平儀；4、豎桿、5、橫桿、6、滑槽；7、刻度尺；8、電磁鐵；9、固定螺絲；10、拉力傳感器；11、金屬小球；12、彈性細絲。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖和一個具體實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0025]如圖1所示，本實用新型所述一種彈性擺實驗裝置，由底座1、底座腳螺旋2、水平儀3、豎桿4、橫桿5、電磁鐵8、電磁鐵固定螺絲9、拉力傳感器10、金屬小球11和彈性細絲12組成。
[0026]如圖1所述，底座I為剛性結構，設置有水平儀3和多個底座腳螺旋2，調(diào)整腳螺旋2使水平儀3的氣泡居中，實現(xiàn)底座I水平。兩根豎桿4相互平行，底端垂直固定于底座I的中軸線上。
[0027]如圖1和圖2所示，橫桿5垂直連接在兩根豎桿4之間，橫桿5沿長度方向標有刻度尺7，刻度尺7橫桿5和豎桿4連接處為O刻度點，橫桿5底面設有長度方向上的滑槽6。
[0028]如圖2和圖3所示，電磁鐵8連接于橫桿5底面滑槽6內(nèi)，可沿滑槽6在橫桿5長度方向上移動；電磁鐵8上設置有固定螺絲9，通過旋緊固定螺絲9可以使電磁鐵8固定在橫桿5上。
[0029]如圖2和圖3所示，拉力傳感器10固定在橫桿5根部刻度尺7的O刻度點，拉力傳感器10上連接有彈性細絲12，彈性細絲12末端連接有金屬小球11。
[0030]所述電磁鐵8外部連通電源；所述拉力傳感器10外部聯(lián)通有數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。
[0031]本實施例的具體實驗步驟如下:
[0032](I)如圖1所示，將由金屬小球11和彈性細絲12組成的彈性擺連接在拉力傳感器10上，通過調(diào)整底座腳螺旋2并觀察水平儀3氣泡位置，實現(xiàn)底座I水平；
[0033](2)如圖2所示，接通電磁鐵8電源，將金屬小球11吸附于電磁鐵8上；
[0034](3)接通拉力傳感器10的外部數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，沿橫桿5上的滑槽6移動電磁鐵8，觀察拉力傳感器10測量的拉力數(shù)值變化，當拉力傳感器10剛好出現(xiàn)拉力讀數(shù)時，停止滑動電磁鐵8，并擰緊電磁鐵固定螺絲9，將電磁鐵固定在橫桿5上；
[0035](4)如圖3所示，讀取此時金屬小球11中心對應在刻度尺7上的讀數(shù)L，即為彈性擺初始擺長；
[0036](5)關閉電磁鐵8外接電源，釋放金屬小球11，記錄電源關閉時刻，通過拉力傳感器10獲得彈性擺擺動過程中彈性細絲12的拉力時程。
[0037]本實用新型依靠電磁鐵吸附金屬小球，通過關閉電磁鐵電源實現(xiàn)金屬小球的釋放，有效地控制了金屬小球的釋放形態(tài)；通過改變電磁鐵在橫桿上的位置并根據(jù)拉力傳感器讀數(shù)確定彈性細絲自由長度，以拉力傳感器記錄運動過程中彈性細絲的拉力時程。本實用新型適宜作為物理教學設備。
【主權項】
1.一種彈性擺實驗裝置，由底座、底座腳螺旋、水平儀、豎桿、橫桿、電磁鐵、拉力傳感器、固定螺絲、彈性細絲與金屬小球組成，其特征在于:所述底座、豎桿、橫桿均為剛性結構，底座上設有水平儀，底座下設置有多個調(diào)平用的底座角螺旋；所述豎桿為相互平行的兩個剛性桿，垂直連接于底座上；所述剛性橫桿垂直連接于豎桿上部，其底端連接于兩個豎桿之間，橫桿長度方向標有刻度尺，所述刻度尺以橫桿和豎桿連接點為O刻度點；橫桿下平面設有長度方向的滑槽，所述電磁鐵連接于橫桿下表面滑槽，并可沿滑槽在橫桿長度方向滑動；電磁鐵上設有固定螺絲，通過旋緊固定螺絲可將電磁鐵固定在橫桿上；所述拉力傳感器設置在橫桿下表面橫桿刻度尺O點處，外部連接有數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；所述彈性細絲一端連接于拉力傳感器，另一端連接于金屬小球。
【專利摘要】本實用新型公開了一種彈性擺實驗裝置，由底座、底座腳螺旋、水平儀、豎桿、橫桿、電磁鐵、拉力傳感器、固定螺絲、彈性細絲與金屬小球組成。所述彈性擺實驗裝置依靠電磁鐵通電和斷電實現(xiàn)金屬小球的固定和釋放，通過改變橫桿上電磁鐵的位置控制彈性細絲長度，并以設置在彈性細絲根部的拉力傳感器來監(jiān)測實驗過程中彈性細絲的拉力。本實用新型可以準確測量彈性擺初始擺長，有效控制金屬小球釋放形態(tài)，獲得擺動過程彈性細絲的拉力時程。相比于現(xiàn)有實驗裝置，本實用新型操作簡單、精度高、受人為因素干擾少，是一種適宜物理教學的實驗裝置。
【IPC分類】G09B23/10
【公開號】CN204808676
【申請?zhí)枴緾N201520430881
【發(fā)明人】劉相梅, 李洪影
【申請人】齊齊哈爾大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年6月16日