专利名称:双极值物理摆的制作方法
本实用新型是关于大学物理实验仪器中的一种双极值物理摆。
原来高等院校力学实验中，采用的是凯特(C·H·Kater)物理摆，其结构是在长条形的摆体上开了支点挂孔，将摆体挂在三角形刀口支架上，使摆振动便能测转动惯量，重力加速度。
用凯特摆做物理实验，内容过于简单，操作也很死板，在实验课中学生对实验不感兴趣，更难激发学生对物理概念的思考，导致实验课效果不佳，而且在所有的力学实验中，还没有极值现象的实验，故现在凯特摆已基本上被淘汰。
鉴于上述公知技术所存在的问题，本实用新型的任务是提供一种能使大学生综合认识力学理论与实验事实的对应关系，培养学生选择极值分布的辩证思维能力，增加做力学实验的兴趣，通过实验数据的分析，认识到质量分布不变时有最小周期圆；支点不变时，有转体的最大、小周期取向(对应于转动90度的不同的质量分布)的双极值物理摆。
采用以下技术方案来达到本专利的目的用于大学物理实验的双极值物理摆、以金属、塑料、有机玻玏或玻玏钢等材料制成，摆杆与摆盘相连制成一体再和连接轴相接构成基本摆体，在其平面上分布支点挂孔，由转轴、摆条、摆锤构成的转体与基本摆体组成双极值物理摆。实施后的效果表明所用技术方案能完成本实用新型的任务。测量原理简述如下由转动定律可导出物理摆的振动周期公式为
T ( x ) = 2 πImg x= 2 πI0+ mx2m g x]]>，求T(χ)极值得χ＝K，表明以质心G为圆心，以K为半径作圆，支点通过圆上任一点，转轴与圆面垂直，使物理摆振动，周期都相等而且最小(与轴线通过圆内或圆外的其它任一点相比)，这就是物理摆转体取向一定，质量分布一定所出现的第一个极值最小周期圆；转体取向不变，改变支点测得如附图1所示的T(χ)曲线。改变转体取向，支点不变时测得第二个极值最小、最大的振动周期，如附图2所示的周期随角度变化的近似椭圆形的T(θ)封闭曲线。
本专利还具有如下特征基本摆体平面上的支点挂孔是以质心G为圆心的同心圆或均匀分布的；在摆杆和摆盘(形状为圆形、方形、矩形、蝶形、棱形或梯形)之间有一长方形孔，孔上安装支点微调器，用来微调支点；孔边缘上有刻度，著示微调器的位置；由组合或分离转轴连接摆条(摆条上刻有距离刻度)，且摆条的另一端连有能调节位置的摆锤组成的转体，转体能分别任意调节相对摆体平面的角度，以改变质量分布；组合转轴上有一角度刻度盘，用来指示它们之间的相对角度；在连接轴的另一端有质心调节器，用来调整物理摆的质心。
实施的双极值物理摆，除能完成专利的任务外，还能加深对下列物理概念的理解一、验证转动定律；二、测定转动惯量；三、质心同心圆的等周期性；四、等值单摆长与重力加速度；五、四个等值周期点的组合；六、打击中心；七、验证平行轴定理；八、单摆、复摆在机械能守恒方面的对比及能流概念。验证并体会这些物理量的内在联系，可供理、工科学生做定量、综合、演示实验，是一种力学多用实验仪器，并具有测量精度高，操作方便，制造简易成本低廉等优点。
图1是转体取向不变，改变支点测得的T(X)曲线。
图2是改变转体取向，支点不变测得的T(θ)曲线。
图3为实施例一的正视图。
图4为实施例一的侧视图。
图5是实施例二的正视图。
图6是实施例二的俯视图。
图7是实施例二的组合转轴放大图。
图8是实施例二的转体互相垂直并与摆体平面成45度时的状态图。
可以这样来实施本实用新型参照图1，将一块钢板制成一个长条形的摆杆〔2〕和圆形(长方形、梯形、矩形、蝶形或棱形)的摆盘〔3〕，在摆杆和摆盘平面上均匀地开有支点挂孔〔1〕，每个孔都可挂在支架的刀口上(三角形状)成为支点；在摆盘的下方通过连接螺钉〔19〕与连接轴〔17〕相连接构成基本摆体；在连接轴上套装二个转轴〔6〕(转轴可用轴承代替)，转轴各自可绕连接轴〔17〕转动360度角度，在转轴的中心线上分别接上圆形摆条〔5〕，摆条的另一端连接圆形摆锤〔4〕，由此组成的转体用来调节质量对转轴的分布，并尽量照顾到对振动平面的对称；在连接轴〔17〕的下方还装有一个插销〔18〕，以防转体意外下滑；整个物理摆均可用金属、塑料、有机玻璃或玻璃钢等材料制成；将本专利的外表镀复一层金属保护层或喷漆，起防锈和外观装潢作用。
图5、6、7示出了一种物理摆最佳实施例在长方形摆杆〔2〕的上方有一圆挂环〔7〕(用于仪器挂放)，摆杆下方与圆形摆盘〔3〕相连制成一体，摆盘下方与连接轴〔17〕相接，构成基本摆体，开有均匀的支点挂孔〔1〕在基本摆体的平面上；摆杆与摆盘的交界处，开有长方形孔，孔的边缘上有支点调节刻度〔8〕，孔中安有支点微调节器〔9〕，用于调节支点的位置；基本摆体的连接轴上套装一个组合转轴〔10〕，组合转轴分上下转轴〔13〕、〔14〕，两者都可分别绕轴转动360度，上下转轴之间有一角度刻度盘〔15〕，显示转体各自的角度，锁紧弹簧片〔16〕是防止摆振动时角度发生变化，组合转轴上分别连接四根摆条〔5〕，摆条的横切面如C－C剖面图所示，在摆条的平面上刻有距离刻度，用来显示摆锤〔4〕调节的位置，摆条的另一端有摆锤〔4〕，摆锤上的紧固螺钉是防止摆振动时滑动而设的；在连接轴〔17〕的下方设有质心调节器〔11〕，用来调节物理摆的质心，物理摆的材料与实施例一中所记载的相同。
图8示出了物理摆转体的一种工作位置时的状态。根据需要，转体的工作位置是任意可调的。
本实用新型实施例测出的第一个极值为1.378秒，第二个极值为1.07秒、1.45秒，振动周期的测定可以用秒表或用光电转换制成的电子毫秒计；测得合肥地区的重力加速度为979.06厘米／秒2，转动惯量为0.2286米2公斤，测得第二十三个(从上往下顺序)支点挂孔为基本质心G的位置。
权利要求
1.具有摆杆[2]、支点挂孔[1]的物理摆，适用于大学物理实验，其特征在于a、所述摆杆[2]与摆盘[3]制成一体；b、该摆盘[3]与连接轴[17]相连构成基本摆体；c、转轴[6]或[13]、[14]上分别连接摆条[5]；d、该摆条[5]的另一端与摆锤[4]相连构成转体；e、在基本摆体的连接轴[17]上安装转体的转轴[6]或[13][14]组成双极值物理摆。
2.根据权利要求
1所规定的物理摆，其特征是摆杆〔2〕与摆盘〔3〕之间有一方形孔。
3.根据权利要求
2所规定的物理摆，其特征是孔上安装有支点微调节器〔9〕。
4.根据权利要求
1所述的物理摆，其特征是摆杆〔2〕和摆盘〔3〕的平面上是在以质心为圆心的同心圆上或均匀分布支点挂孔〔1〕。
5.根据权利要求
1所述的物理摆，其特征是摆盘〔3〕的形状为圆形、长方形、梯形、蝶形、棱形或矩形。
6.根据权利要求
1所述的物理摆，其特征是连接轴〔17〕的另一端连接质心调节器〔11〕。
7.根据权利要求
1所述的物理摆，其特征是转轴〔13〕、〔14〕之间有角度刻度盘〔15〕。
8.根据权利要求
2所述的物理摆，其特征是孔的边缘上有支点调节刻度〔8〕。
9.根据权利要求
1所规定的物理摆，其特征是摆条〔5〕上刻有距离刻度。
10.根据权利要求
1、3、4、6或7所述的双极值物理摆，其特征是所用材料是金属、塑料、有机玻璃或玻璃钢。
专利摘要
本实用新型公开了一种双极值物理摆，适合于大学多种力学实验。其特征是在长形摆杆的一端加上摆盘，摆杆和摆盘的平面上分布着支点挂孔，摆盘与连接轴相连。连接轴上套装一个由转轴、摆条、摆锤组成的转体。改变支点，转体取向不变测得第一个极值最小周期圆；支点不变，改变转体取向测得第二个极值最小、最大的振动周期。根据T(X)曲线，理、工科大学生能做力学的定量、综合、演示实验，是一种测量精度高的力学多用实验仪。
文档编号G09B23/08GK86209874SQ86209874
公开日1987年10月7日 申请日期1986年12月30日
发明者蔚道环, 陆正亚 申请人:合肥工业大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan