一种模拟万有引力的磁力实验装置

本技术涉及物理演示教具，特别是涉及一种模拟万有引力的磁力实验装置。

背景技术：

1、实验教学是物理教学的重要基础。一方面，通过实验可以导出问题，另一方面，学生通过实验可以掌握有关实验的基础知识、基本方法，培养实验技能和创新能力。万有引力知识点是高中力学中一个很重要知识点，通常是由卡文迪许扭秤实验来进行直观上的演示，现有卡文迪许实验的卡文迪许扭秤是由用两个质量一样的铅球分别放在扭秤的两端，扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上，钢丝上有个小镜子，用准直的细光束照射镜子，细光束反射到一个很远的地方，标记下此时细光束所在刻度标尺上的点，接着用两个质量一样的铅球同时分别吸引扭秤上的两个铅球，由于万有引力作用，扭秤会发生微微偏转，细光束所反射在刻度尺上的点却移动了较大的距离，继而计算万有引力公式中的引力常数g，直观演示万有引力。但上述实验中因铅球与铅球之间作用的万有引力十分微小，演示效果不明显，另外此方法十分容易受到环境的干扰，因此对于实验器具和实验环境的要求都很高，一般学校的实验环境不允许做这么精密的实验，因此传统课堂在演示万有引力实验的时候，很多情况下都只能用视频或者动画来代替现场的卡文迪许扭秤实验。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是解决上述技术问题，提供一种模拟万有引力的磁力实验装置，利用磁性球之间的磁吸力代替万有引力，能够降低外界环境的干扰和对实验器具本身精密程度的要求，以解决传统课堂上无法开展演示卡文迪许扭秤实验，学生无法观察卡文迪许扭秤实验工作过程的问题，让学生对卡文迪许扭秤实验工作过程有更深入认识和理解，从而提高物理教师的课堂教学效率和学生的学习兴趣。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：本实用新型公开了一种模拟万有引力的磁力实验装置，包括卡文迪许扭秤、磁力驱动装置以及数据放大装置；所述卡文迪许扭秤包括悬吊架、t形连杆以及能够扭转的悬吊丝，所述悬吊丝悬垂在所述悬吊架上，所述t形连杆包括与所述悬吊丝固定连接的竖杆和固定在所述竖杆底端的横杆，所述横杆两端均固定连接有第一磁性球；所述驱动装置包括能够自转的u型支架，所述u型支架的两个支臂竖向设置，所述支臂上固定连接有用于磁力吸引所述第一磁性球的第二磁性球，所述第一磁性球位于所述第二磁性球的旋转路径上；所述数据放大装置包括反光镜、入射光以及横向设置的刻度尺，所述反光镜竖向固定连接在所述竖杆上，所述入射光水平直射在所述反光镜上，所述刻度尺的刻度线位于转动过程中的所述反光镜产生的反射光偏转路径上。

3、优选地，所述悬吊架包括悬吊底座、竖向固定连接在所述悬吊底座上的支撑杆以及横向固定在所述支撑杆顶部的悬臂杆，所述悬吊丝的一端与所述竖杆的顶端固定连接，所述悬吊丝的另一端与所述悬臂杆固定连接。

4、优选地，所述反光镜固定连接在所述竖杆的顶端。

5、优选地，所述支撑杆上固定连接有用于发射所述入射光的激光器。

6、优选地，所述驱动装置包括转动底座和高度可调的转轴，所述转轴的一端转动连接在所述转动底座上，所述转轴的另一端与所述u型支架的中部固定连接。

7、优选地，所述数据放大装置包括支撑底座，所述支撑底座上竖向固定连接有高度可调的安装杆，所述刻度尺安装在所述安装杆的顶部。

8、优选地，所述第一磁性球和所述第二磁性球包括空心球壳和固定在所述空心球壳中心的磁铁。

9、优选地，所述悬吊丝为镍铬合金丝。

10、优选地，所述t形连杆为碳纤细杆。

11、优选地，所述刻度尺为毫米尺。

12、本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

13、本实用新型的中利用磁性球之间相互吸引力，模拟万有引力，磁性吸力对于外界干扰具有足够的抵抗力，因此能够有效降低仪器精密度和外界环境的干扰，满足传统课堂的需求，通过改变磁性球间距离，从而改变磁性球间的相互作用力，也就是改变模拟的万有引力，物体间作用力改变，使悬吊丝扭转，通过反光镜和光源来放大扭转距离，结合悬吊丝的扭转角度和对应的力的大小关系，从而算出模拟万有引力的大小，帮助初学万有引力的学生理解卡文迪许扭秤实验原理，此装置主要目的是定性模拟卡文迪许扭秤测量万有引力，不需要定量测量，因而只要第一磁性球和第二磁性球距离变化，悬吊丝扭转角度发生变化，通过刻度尺上反射光的位置变化，明显地反映出两球的相互吸引(模拟出万有引力)，帮助学生理解文迪许扭秤实验原理即可。

技术特征：

1.一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，包括卡文迪许扭秤、磁力驱动装置以及数据放大装置；所述卡文迪许扭秤包括悬吊架、t形连杆以及能够扭转的悬吊丝，所述悬吊丝悬垂在所述悬吊架上，所述t形连杆包括与所述悬吊丝固定连接的竖杆和固定在所述竖杆底端的横杆，所述横杆两端均固定连接有第一磁性球；所述驱动装置包括能够自转的u型支架，所述u型支架的两个支臂竖向设置，所述支臂上固定连接有用于磁力吸引所述第一磁性球的第二磁性球，所述第一磁性球位于所述第二磁性球的旋转路径上；所述数据放大装置包括反光镜、入射光以及横向设置的刻度尺，所述反光镜竖向固定连接在所述竖杆上，所述入射光水平直射在所述反光镜上，所述刻度尺的刻度线位于转动过程中的所述反光镜产生的反射光偏转路径上。

2.根据权利要求1所述的一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，所述悬吊架包括悬吊底座、竖向固定连接在所述悬吊底座上的支撑杆以及横向固定在所述支撑杆顶部的悬臂杆，所述悬吊丝的一端与所述竖杆的顶端固定连接，所述悬吊丝的另一端与所述悬臂杆固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，所述反光镜固定连接在所述竖杆的顶端。

4.根据权利要求3所述的一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，所述支撑杆上固定连接有用于发射所述入射光的激光器。

5.根据权利要求1所述的一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，所述驱动装置包括转动底座和高度可调的转轴，所述转轴的一端转动连接在所述转动底座上，所述转轴的另一端与所述u型支架的中部固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，所述数据放大装置包括支撑底座，所述支撑底座上竖向固定连接有高度可调的安装杆，所述刻度尺安装在所述安装杆的顶部。

7.根据权利要求1所述的一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，所述第一磁性球和所述第二磁性球包括空心球壳和固定在所述空心球壳中心的磁铁。

8.根据权利要求7所述的一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，所述悬吊丝为镍铬合金丝。

9.根据权利要求8所述的一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，所述t形连杆为碳纤细杆。

10.根据权利要求8所述的一种模拟万有引力的磁力实验装置，其特征在于，所述刻度尺为毫米尺。

技术总结
本技术公开了一种模拟万有引力的磁力实验装置，属于物理演示教具技术领域，包括卡文迪许扭秤、磁力驱动装置和数据放大装置；卡文迪许扭秤包括悬吊架、T形连杆和悬吊丝，悬吊丝悬垂在悬吊架上，T形连杆包括横杆和与悬吊丝固连接的竖杆，横杆两端均固定有第一磁性球；驱动装置包括能够自转的U型支架，U型支架的两个支臂上固定有第二磁性球，第一磁性球位于第二磁性球的旋转路径上；数据放大装置包括反光镜、刻度尺和水平直射在反光镜上的入射光，反光镜固定在竖杆上，刻度尺的刻度线位于反射光的偏转路径上。利用磁吸力代替万有引力，能够降低外界环境的干扰和对实验器具本身精密程度的要求，解决传统课堂无法演示卡文迪许扭秤实验的问题。

技术研发人员：肖世发,张道清,龙其忠
受保护的技术使用者：岭南师范学院
技术研发日：20230628
技术公布日：2024/1/15