一种测量重力加速度的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种测量重力加速度的装置，其包括一个容器和一个运动载体，其中，所述容器固定于所述运动载体上，并且所述容器中容纳有液体；所述运动载体能够作匀加速或匀减速运动，且该匀加速或匀减速运动的加速度能够被获得。本实用新型的装置还可以包括对于所述运动载体施加恒定力的施力装置以及对于所述运动载体的加速度进行测量的装置。本实用新型的测量重力加速度的装置具有结构简单、操作简便、测量精度高，测量演示生动形象的优点。
【专利说明】一种测量重力加速度的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及重力加速度测量【技术领域】，具体涉及一种测量重力加速度的装置。
【背景技术】
[0002]现有技术中测试重力加速度一般使用单摆测试，装置包括细线、带孔的金属小球、铁夹、铁架台和秒表；在细线的一端打一个比金属小球上的孔大的结，将细线穿过金属小球上的孔做成一个单摆，将该单摆通过铁夹固定在铁架台上，将铁架台放置在桌边使铁夹伸出桌面，令单摆自由下垂；使用游标卡尺测量出小球的直径记为d ;使用米尺测量金属小球悬点到小球上端的距离记为I ;将金属小球偏移其中垂线5?8度在竖直平面内进行自由摆动，并且使用秒表记录金属小球完成30?50次全振动用的时间T ;求出金属小球每次全振动所用的平均时间t = T/c ;其中c为在T时间内金属小球所做的全振动的次数；根据公式g = 4 312LZt2求得重力加速度，其中L = d/2+l。
[0003]使用现有技术中的装置测试重力加速度时，需要一个人看表一个人记录单摆全振动的次数，操作比较复杂，而且在计算单摆的全振动次数和利用单摆计时容易出现差错，往往需要多次重复操作才能有一次测量成功，因此使用现有技术中的重力加速度测量装置测量重力加速度时需要花费比较长的时间。
实用新型内容
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]本实用新型所要解决的是现有的测量重力加速度的装置操作复杂、精确度不佳和耗时较长的缺点。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]本实用新型的测量重力加速度的装置，包括一个容器和一个运动载体，其中，所述容器固定于所述运动载体上，并且所述容器中容纳有液体；所述运动载体能够作匀加速或匀减速运动，且该匀加速或匀减速运动的加速度能够被获得。
[0008]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述的该容器的壁上设有高度刻度。
[0009]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述运动装置能够以预先设定的加速度作匀加速或匀减速运动。
[0010]根据本实用新型的【具体实施方式】，还包括施力装置，该施力装置能够对所述容器与运动载体构成的组合体施加一个恒定的力。
[0011]根据本实用新型的【具体实施方式】，还包括加速度测量装置，其用于测定所述运动载体的加速度。
[0012]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述加速度测量装置为陀螺仪。
[0013]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述加速度测量装置为以一定的距离布置在所述运动载体的运动路径上的检测器。
[0014]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述液体的粘度值在常温下低于20厘泊。
[0015]根据本实用新型的【具体实施方式】，所述液体为水。
[0016](三)有益效果
[0017]本实用新型的测量重力加速度的装置具有结构简单、操作简便、测量精度高，测量演示生动形象的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的测量重力加速度的装置的结构示意图；
[0019]图2是本实用新型的测量重力加速度的装置的原理图，其显示的是液面上的一个点的受力情况。
【具体实施方式】
[0020]为解决上述技术问题，本实用新型提出一种新的测量重力加速度的装置，其包括一个容器和一个运动载体，其中，所述容器固定于所述运动载体上，并且所述容器中容纳有液体，该容器的壁上设有高度刻度；所述运动载体能够作匀加速或匀减速运动。
[0021]图1是本实用新型的测量重力加速度的装置的结构示意图。如图1所示，本实用新型的测量装置包括一个容器I和一个运动载体2，容器I固定于运动载体2之上，且其中容纳有液体3。
[0022]所述容器I的形状在本实用新型中不受限制，可以是杯形、圆筒形、棱柱形等，其材料优选为透明的或半透明的，以便从外部观察液面。容器壁上优选为标注有高度刻度，以便记录液面所在的位置。该高度刻度优选为到少位于沿着所述运动载体2的运动方向的前后两侧，以便于观察该前后两侧的液面高度。
[0023]所述运动载体2能够在外力作用下作均加速运动或均减速运动。优选地，施加所述外力的施力装置可以对该运动载体2施加一个恒定的力。该力可以是机械力、电场力、磁场力等。例如，施力装置可以是在该运动载体2的运动轨迹上施加一个恒定的磁场的装置，同时,该运动载体2的到少部分为磁体。
[0024]该运动载体2优选为放置在具有恒定摩擦系数的接触平面上，以便其在运动过程中受到的摩擦力保持恒定。所要运动载体2即可以在运动时与其所放置的平面产生滑动摩擦,也可以产生滚动摩擦。例如,如图1所示，其底部装有小轮以和接触平面产生滚动摩擦。
[0025]由此，当施力装置(图1中未示出)对运动载体施加一个恒定的力时，容器I随同运动载体2朝着施力的方向作均加速运动或均减速动动(取决于运动载体2的初始速度方向与施力方向相同或相反)，由此，在容器I中的液体的液面会产生一个倾角a。下面，我们来分析利用该倾角来测量重力加速度的原理。
[0026]图2是本实用新型的测量重力加速度的装置的原理图，其显示的是液面上的一个点的受力情况，在所述液体3的液面上取一微小体积元(液体微元)，设其质量为m,所受重力即为mg，同时，它还受到下面液体给予的支持力N，支持力N的方向垂直于液面方向，支持力N和重力mg这两个力的合力即为使该液体微元产生加速度a的合力，由此可得到mg *tga = ma。所以g = a/tg α。同时,根据图1所示,又tg α液面前后高度差Ah和液面前后距离D的商，即tg a = Ah/D。代入前式可得g = a.Ah/D。
[0027]由于液面前后高度差Ah和加速度a均可方便得获得，液面前后距离D通常为固定值，因此只要运动载体2作一次或多次均加速或均减速运动，即可得到重力加速度的值。
[0028]当然，也可以通过其他方式来直接测得角度α的大小，例如通过实时的图像记录得到液面的图像，然后通过测量得到该角度的大小。
[0029]所述的匀加速或匀减速运动的加速度a应该预先设定或者可以被精确地测量得至IJ。如果是预先设计，则所述施力装置对所述容器与运动载体施加的恒定的力可以精确地调节，例如调节恒度磁场的强度，然后将磁场强度的大小和加速度的大小进和定标，即可根据设定的磁场强度力调节预定加速度大小。
[0030]如果所述加速度a是在实验过程中测量得到的，则可在运动载体2的运动轨迹上相隔一定距离设置两个检测器，分别用于检测该运动载体2通过该两个检测器的时间，从而过算出两个时间点的时间差t，根据公式a = 2s/t2即可求得加速度的在小，其中s为两个检测器之间的距离。
[0031]当然，如果不能精确地设计施加的恒定的力的大小，或者不方便测量容器和运动载体的总质量时，可能通过一个加速度测量装置来测定所述运动载体2进行均加速或均减速运动的加速度。所述加速度测量装置例如是安装在运动载体上的陀螺仪。
[0032]此外，所述容器中所容纳的液体的粘度应当尽量的小，以免液体在从静止状态变化到匀加速/匀减速状态后达到平衡的时间过长。通常，可以选择常温下粘度低于20厘泊的液体，水是一种优选的选择。
[0033]相比于直接测量加速度的现有技术，本实用新型通过液体在加速时发生的倾斜效应，将竖直方向的加速度测量转变化水平方向的加速度测量，这有有利于提高测量装置架构的难度，从而提高测量的精度。同时，本实用新型的测量方法简单，有效，能提高测量的效果。同时，本实用新型的测量过程生动、形象，能够应用于教学、科研中的实验用具，提高教学的生动性和教学质量。
[0034]以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种测量重力加速度的装置，包括一个容器和一个运动载体，其中， 所述容器固定于所述运动载体上，并且所述容器中容纳有液体； 所述运动载体能够作匀加速或匀减速运动，且该匀加速或匀减速运动的加速度能够被获得。
2.如权利要求1所述的测量重力加速度的装置，其特征在于，所述的该容器的壁上设有高度刻度。
3.如权利要求1所述的测量重力加速度的装置，其特征在于，所述运动装置能够以预先设定的加速度作匀加速或匀减速运动。
4.如权利要求3所述的测量重力加速度的装置，其特征在于，还包括施力装置，该施力装置能够对所述容器与运动载体构成的组合体施加一个恒定的力。
5.如权利要求1?4中任一项所述的测量重力加速度的装置，其特征在于，还包括加速度测量装置，其用于测定所述运动载体的加速度。
6.如权利要求5所述的测量重力加速度的装置，其特征在于，所述加速度测量装置为陀螺仪。
7.如权利要求5所述的测量重力加速度的装置，其特征在于，所述加速度测量装置为以一定的距离布置在所述运动载体的运动路径上的检测器。
8.如权利要求1?4中任一项所述的测量重力加速度的装置，其特征在于，所述液体的粘度值在常温下低于20厘泊。
9.如权利要求1?4中任一项所述的测量重力加速度的装置，其特征在于，所述液体为水。
【文档编号】G09B23/12GK204166148SQ201420570027
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】田炳阳, 聂传辉, 宗宝春, 傅涵杰, 单天鹤 申请人:北京建筑大学