多功能傅科摆实验演示装置的制作方法

本发明涉及一种科学教具，具体涉及一种多功能傅科摆实验演示装置。

背景技术：

真正的傅科摆摆长67米，摆锤重28kg，高达16层楼高，这样高大的傅科摆只能在北京天文馆或其它一些地方才能看到，所以在科学这门学科的教材中仅以图片和文字的描述让学生理解傅科摆是如何证明地球是自转的，教学中没有现成的演示教具来让学生亲眼见证、亲手探究其运动规律，学生理解起来困难重重；所以教学过程中需要发明一种多功能傅科摆实验演示装置，以弥补科学课程只讲概念没有演示教具的不足。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明采用如下技术方案，可解决背景技术中提出的问题，一种多功能傅科摆实验演示装置，由水平底座、下转盘、上转盘、竖直立柱、电动转盘、摆长调节器、水平滑轨、细线、小球、圆柱形刻线盘、传感器、量角器、电动开关、支架、激光笔、无线摄像头、wifi显示屏、计数显示屏、时间显示屏、单片机组成；其特征是：所述水平底座为圆形板状结构，其上方中央位置固定安装了一个圆形电动转盘，所述电动转盘为电动餐桌低速圆形转盘，所述电动转盘通过电源线连接电动开关，所述电动开关安装在水平底座的侧面，所述电动开关通过电源变换器连接220v交流电源；所述下转盘为圆形板状结构，安放在电动转盘的上方，能随电动转盘一起匀速转动；所述下转盘的直径与水平底座的直径等大，所述下转盘通过四至六根竖直立柱固定连接上转盘，所述上转盘也为圆形板状结构，其中央安装一个圆柱形摆长调节器，圆柱形摆长调节器的中央设计一个竖直洞孔，细线穿过竖直洞孔后连接小球，细线与小球一起组成单摆；所述上转盘的下方平行安装了两根水平滑轨，量角器在竖直平面内与两根水平滑轨固定连接，量角器能随水平滑轨的滑动臂沿水平方向前后移动，量角器用来测定单摆振动的摆角。

进一步地，所述圆柱形刻线盘为圆柱形有底桶状结构，其内侧四周竖直桶壁上设计了0-360°刻线，且刻线与底面垂直，底面上沿直径方向设计了若干条径向刻线，用于比较单摆的摆球在水平面内的振动方向；所述传感器为电容传感器或电感传感器，它们均为圆柱形且侧面包含螺纹结构；圆柱形刻线盘的中央设计一个圆形洞孔，圆形洞孔的直径与传感器的直径等大；下转盘的中央也设计一个圆形洞孔，圆形洞孔的直径与传感器的直径等大；当圆柱形刻线盘安放在下转盘的上方时，两个圆形洞孔相对应，传感器穿过两个圆形洞孔上下通过螺母与圆柱形刻线盘、下转盘固定连接。

进一步地，竖直立柱上安装了一个无线摄像头，摄录的图像信号通过无线传输至wifi显示屏，显示屏可即时显示摄录的圆柱形刻线盘的图像信号，当装置旋转一周的过程中，可观察到显示屏中显示的圆柱形刻线盘的刻度值是不变的；如果将无线摄像头通过支架安装在装置的外侧，通过观察显示屏摄录的圆柱形刻线盘的刻度值，可看到装置旋转一周，显示屏中显示的圆柱形刻线盘的刻度值由0-360°变化一个周期。

进一步地，装置侧面安装了支架和激光笔，当单摆沿某一方向摆动时，用激光笔沿摆动方向水平照射细线，可观察到细线上被反射的光斑；打开电动开关，下转盘和上转盘匀速转动，当单摆沿激光照射方向振动时，如果能一直观察到细线上有光斑，可证明单摆振动的方向是不变的。

进一步地，所述传感器连接计数显示屏，可记录单摆全振动的次数；所述计数显示屏输入部分连接单片机，单片机能将记录的振动时间即时显示在时间显示屏上，通过测定摆长及利用单片机设定单摆全振动的次数，读取相应的振动次数和振动时间，可测定单摆振动的周期及当地的重力加速度；所述计数显示屏、时间显示屏、单片机均安装在圆柱形刻线盘的底板上方。

进一步改进在于，所述水平底座的直径大于下转盘的直径3-6cm，在水平底座四周标有0-360°蓝色刻线，下转盘四周标有0-360°红色刻线，当下转盘匀速转动时，红色刻线与蓝色刻线发生相对运动，通过无线摄像头、wifi显示屏可显示这种动态的相对运动，用于说明地球的自转。

本发明的有益效果在于，利用光沿直线传播的规律来证明摆具有保持振动方向不变的特点，更加科学严谨；利用无线摄像头录制圆柱形刻线盘的刻线信号，用来模拟人在地球上肉眼看到的单摆振动现象及感觉不到的地球自转现象，并通过wifi显示屏实时显示出来；整个装置可围绕摆锤顶点做匀速圆周运动，从而有效模拟傅科摆的实验，能减少实验误差；本发明可演示多种单摆的探究实验，可以测定单摆振动的周期及当地的重力加速度。

附图说明

图1为本发明的空间结构示意图，

图2为本发明的圆柱形刻线盘结构示意图，

图3为本发明的上转盘与量角器连接结构示意图，

图中：1、水平底座，2、下转盘，3、上转盘，4、竖直立柱，5、电动转盘，6、摆长调节器，7、水平滑轨，8、细线，9、小球，10、圆柱形刻线盘，11、传感器，12、量角器，13、电动开关，14、支架，15、激光笔，16、无线摄像头，17、wifi显示屏。

具体实施方式

实施例1，如图1、图2、图3所示，一种多功能傅科摆实验演示装置由电动底座部分、下旋转部分、上旋转部分、激光笔照射部分、显示部分组成，其特征是：

所述电动底座部分包括水平底座1、电动转盘5、圆柱形刻线盘10、传感器11、电动开关13；所述水平底座1为圆形板状结构，其上方中央位置固定安装了一个圆形电动转盘5，所述电动转盘5为电动餐桌低速圆形转盘，所述电动转盘5通过电源线连接电动开关13，所述电动开关13安装在水平底座1的侧面，所述电动开关13通过电源变换器连接220v交流电源。

所述下旋转部分包括下转盘2、竖直立柱4、圆柱形刻线盘10、传感器11；所述下转盘2为圆形板状结构，安放在电动转盘5的上方，能随电动转盘5一起匀速转动；所述下转盘2的直径与水平底座1的直径等大，所述下转盘2通过四至六根竖直立柱4固定连接上转盘3；所述圆柱形刻线盘10为圆柱形有底桶状结构，其内侧四周竖直桶壁上设计了0-360°刻线，且刻线与底面垂直，底面上沿直径方向设计了若干条径向刻线，用于比较单摆的摆球在水平面内的振动方向；所述传感器11为电容传感器或电感传感器，它们均为圆柱形且侧面包含螺纹结构，所述圆柱形刻线盘10的中央设计一个圆形洞孔，圆形洞孔的直径与传感器11的直径等大；下转盘2的中央也设计一个圆形洞孔，圆形洞孔的直径与传感器11的直径等大；当圆柱形刻线盘10安放在下转盘2的上方时，两个圆形洞孔相对应，传感器11穿过两个圆形洞孔上下通过螺母与圆柱形刻线盘10、下转盘2固定连接。

所述上旋转部分包括上转盘3、摆长调节器6、水平滑轨7、细线8、小球9、量角器12；所述上转盘3为圆形板状结构，其中央安装一个圆柱形摆长调节器6，圆柱形摆长调节器6的中央设计一个竖直洞孔，细线8穿过竖直洞孔后连接小球9，细线8与小球9一起组成单摆；所述上转盘3的下方平行安装了两根水平滑轨7，量角器12在竖直平面内与两根水平滑轨7固定连接，量角器12能随水平滑轨7的滑动臂沿水平方向前后移动，量角器12用来测定单摆振动的摆角。

所述激光笔照射部分包括细线8、支架14、激光笔15；装置侧面安装了支架14和激光笔15，当单摆沿某一方向摆动时，用激光笔15沿摆动方向照射细线8，可观察到细线8上被反射的光斑；打开电动开关13，下转盘2和上转盘3匀速转动的同时，当单摆沿激光照射方向振动时，如果能一直观察到细线8上有光斑，可证明单摆振动的方向是不变的。

实施例2，所述显示部分包括无线摄像头16、wifi显示屏17、计数显示屏、时间显示屏；所述竖直立柱4上安装了一个无线摄像头16，摄录的图像信号通过无线传输至wifi显示屏17，显示屏可即时显示摄录的圆柱形刻线盘10的图像信号，当装置旋转一周的过程中，可观察到显示屏中显示的圆柱形刻线盘10的刻度值是不变的；如果将无线摄像头16通过支架14安装在装置的外侧，通过观察显示屏摄录的圆柱形刻线盘10的刻度值，可看到装置旋转一周，显示屏中显示的圆柱形刻线盘10的刻度值由0-360°变化一个周期；所述传感器11连接计数显示屏，可记录单摆全振动的次数；所述计数显示屏输入部分连接单片机，单片机能将记录的振动时间即时显示在时间显示屏上，通过测定摆长及利用单片机设定单摆全振动的次数，读取相应的振动次数和振动时间，可测定单摆振动的周期及当地的重力加速度；所述计数显示屏、时间显示屏、单片机均安装在圆柱形刻线盘10的底板上方；或者采用无线传输方式将计数显示屏、时间显示屏、单片机均安装在实验装置的外侧水平桌面上。

进一步改进在于，所述水平底座1的直径大于下转盘的直径3-6cm，在水平底座1四周标有0-360°蓝色刻线，下转盘2四周标有0-360°红色刻线，当下转盘2匀速转动时，红色刻线与蓝色刻线发生相对运动，通过无线摄像头16、wifi显示屏17可显示这种动态的相对运动，用于说明地球的自转。

本发明的有益效果在于，利用光沿直线传播的规律来证明摆具有保持振动方向不变的特点，更加科学严谨；利用无线摄像头16录制圆柱形刻线盘10的刻线信号，用来模拟人在地球上肉眼看到的单摆振动现象及感觉不到的地球自转现象，并通过wifi显示屏17实时显示出来；整个装置可围绕摆锤顶点做匀速圆周运动，从而有效模拟傅科摆的实验，能减少实验误差；本发明可演示多种单摆的探究实验，可以测定单摆振动的周期及当地的重力加速度。