一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿，涉及物理實(shí)驗(yàn)器材領(lǐng)域。為克服復(fù)擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)測量過程、數(shù)據(jù)處理過程繁瑣耗時(shí)，以及為了減少計(jì)算引入的偏差，設(shè)計(jì)一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿。技術(shù)方案是：復(fù)擺的擺桿中軸線與掛桿的中軸線垂直并相交，掛桿為圓柱形，掛桿的兩端放置在一對凹槽中，放置在凹槽后，掛桿的中軸線水平，擺桿能夠繞著掛桿的中軸線往復(fù)擺動(dòng)，擺桿的質(zhì)心到掛桿中軸線的距離h為擺桿總長L的0.289倍，即h=0.289L。為體現(xiàn)掛桿位置是最小擺動(dòng)周期的懸掛點(diǎn)，可以在擺桿的一端或者兩端粘附物體，觀察其周期的改變。有益效果是：測量裝置和測量過程簡單明了、數(shù)據(jù)處理簡單快速，避免作圖引入的偏差。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【專利摘要】一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿，涉及物理實(shí)驗(yàn)器材領(lǐng)域。為克服復(fù)擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)測量過程、數(shù)據(jù)處理過程繁瑣耗時(shí)，以及為了減少計(jì)算引入的偏差，設(shè)計(jì)一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿。技術(shù)方案是：復(fù)擺的擺桿中軸線與掛桿的中軸線垂直并相交，掛桿為圓柱形，掛桿的兩端放置在一對凹槽中，放置在凹槽后，掛桿的中軸線水平，擺桿能夠繞著掛桿的中軸線往復(fù)擺動(dòng)，擺桿的質(zhì)心到掛桿中軸線的距離h為擺桿總長L的0.289倍，即h=0.289L。為體現(xiàn)掛桿位置是最小擺動(dòng)周期的懸掛點(diǎn)，可以在擺桿的一端或者兩端粘附物體，觀察其周期的改變。有益效果是：測量裝置和測量過程簡單明了、數(shù)據(jù)處理簡單快速，避免作圖引入的偏差。【專利說明】一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿
本專利技術(shù)涉及實(shí)驗(yàn)器材領(lǐng)域，特別是物理實(shí)驗(yàn)的復(fù)擺測量重力加速度。
技術(shù)介紹
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的復(fù)擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)，一般采用一條有等間距圓孔的長條形擺桿，擺桿表面有刻度，圓孔的直徑大約1cm、間距2cm，將擺桿的其中一個(gè)圓孔懸掛在掛桿(掛桿固定在支架上)進(jìn)行擺動(dòng)，測量擺動(dòng)周期，記錄每個(gè)圓孔懸掛時(shí)的位置坐標(biāo)(該圓孔到擺桿中心的距離，也可 以是其它坐標(biāo)原點(diǎn))和該圓孔懸掛時(shí)的擺動(dòng)周期，然后在坐標(biāo)紙上作圖，利用圖解法計(jì)算重力加速度。《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》，王植恒何原朱俊主編，2008年12月第I版，高等教育出版社，第41頁，質(zhì)量分布均勻的細(xì)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為I=(l/12)mL2，其中L為細(xì)桿的長度、m為細(xì)桿的質(zhì)量；《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》第106頁復(fù)擺的周期公式(9)，T=2*p*°_5，其中，定義I=ma2，對于質(zhì)量分布均勻的細(xì)桿而言，I=(l/12)mL2=ma2，h為懸掛點(diǎn)到質(zhì)心的距離，所以T=2*p*{【(1/12) L2+h2】/(gh)}°_5，兩邊對 h 求導(dǎo)數(shù)、并令導(dǎo)數(shù)等于 OJjhiwn= L/(12°_5) =0.288675L ?0.289L，懸掛點(diǎn)位于此處的擺動(dòng)周期為一個(gè)極值(最小)，該公式提示:第一，存在最小擺動(dòng)周期；第二，在復(fù)擺的對稱中心的一側(cè)，在距離擺桿質(zhì)心0.289L的這個(gè)最小擺動(dòng)周期點(diǎn)的兩邊可能存在有兩個(gè)位置hi和h2的周期相等；第三，由于質(zhì)量分布均勻的細(xì)長擺桿關(guān)于中心對稱，因此，在復(fù)擺上有可能找到4個(gè)懸掛點(diǎn)具有同一個(gè)擺動(dòng)周期。復(fù)擺的數(shù)據(jù)處理一般采用作圖法，如圖1所示，在坐標(biāo)紙上描出測量點(diǎn)，然后描出一條平滑的曲線連接各個(gè)測量點(diǎn)或者使測量點(diǎn)均勻分布在曲線的兩邊，形成h-T關(guān)系圖，由于關(guān)系圖為曲線，要描繪一個(gè)準(zhǔn)確無誤的曲線是比較困難的，然后畫一條平行于橫坐標(biāo)的直線，該直線與曲線相交于四點(diǎn)，通過四點(diǎn)對應(yīng)橫坐標(biāo)的坐標(biāo)值hp h2、h3、h4計(jì)算出等效擺長L’，從而由公式gT2/(4p2)= L’計(jì)算重力加速度g。由于測量點(diǎn)是離散的數(shù)據(jù)，離散數(shù)據(jù)的橫坐標(biāo)間隔一般為2cm，間隔比較長，一般無法找到4個(gè)測量點(diǎn)的周期完全相同，周期曲線是描摹的曲線，與真實(shí)曲線存在偏差，所以作一條橫線與有偏差的h-T曲線相交的四個(gè)點(diǎn),從四個(gè)點(diǎn)讀取的橫坐標(biāo)的坐標(biāo)值也存在偏差，因此除實(shí)驗(yàn)本身的誤差外，其圖解計(jì)算方法也帶來的較大偏差，而且數(shù)據(jù)測量過程和處理過程繁瑣耗時(shí)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在復(fù)擺測量重力加速度實(shí)驗(yàn)中，為克服數(shù)據(jù)測量過程、數(shù)據(jù)處理過程繁瑣耗時(shí)和減少計(jì)算引入的偏差，本專利技術(shù)設(shè)計(jì)一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿。本專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)專利技術(shù)目的采用的技術(shù)方案是:復(fù)擺的擺桿中軸線(中心線)與掛桿的中軸線(中心線)垂直并相交，掛桿為圓柱形，掛桿的兩端放置在一對凹槽中，放置在凹槽后，掛桿的中軸線水平，擺桿能夠繞著掛桿的中軸線往復(fù)擺動(dòng)，擺桿的質(zhì)心(均勻細(xì)長的擺桿為其對稱中心)到掛桿中軸線的距離h為擺桿總長L的0.289倍，即h=0.289L。復(fù)擺擺桿為軟磁材料，配備有磁鐵塊，磁鐵塊的磁場強(qiáng)度保證磁鐵塊能夠穩(wěn)定地吸附在復(fù)擺擺桿兩端的任何一端。或者，復(fù)擺擺桿的兩端都有外螺紋，一個(gè)或者多個(gè)有內(nèi)螺紋的圓筒能夠通過復(fù)擺擺桿兩端的外螺紋連接到復(fù)擺擺桿的兩端。本專利技術(shù)的有益效果是:由于復(fù)擺擺動(dòng)存在最小周期，一個(gè)質(zhì)量分布均勻的細(xì)長擺桿，最小周期對應(yīng)的懸掛點(diǎn)與質(zhì)心的距離為總長的0.289倍，因此直接將掛桿設(shè)置在與質(zhì)心的距離為總長的0.289倍的位置，直接測量最小周期Tmin，再測量其長度L，由公式g=22.78 *L/ T2min直接計(jì)算出重力加速度；復(fù)擺擺桿為軟磁材料，能夠在復(fù)擺擺桿的一端或者兩端增加磁鐵塊，或者通過復(fù)擺擺桿兩端的外螺紋和圓筒的內(nèi)螺紋，在復(fù)擺擺桿的一端或者兩端增加圓筒，增加磁鐵塊或者圓筒后，改變了復(fù)擺的質(zhì)心位置，質(zhì)心位置將上移或者下移，通過測量其擺動(dòng)周期，都會(huì)發(fā)現(xiàn)其擺動(dòng)周期將會(huì)比兩端沒有增加物品時(shí)要長，也就說明了復(fù)擺擺桿質(zhì)心的每一側(cè)都存在一個(gè)懸掛點(diǎn)，使擺動(dòng)周期最小；本專利技術(shù)測量裝置和測量過程簡單明了、數(shù)據(jù)處理簡單快速，避免作圖引入的偏差。【專利附圖】【附圖說明】圖1是現(xiàn)有的復(fù)擺測量重力加速度數(shù)據(jù)處理示意圖；圖2是本專利技術(shù)復(fù)擺擺桿示意圖。其中，1、擺桿，2、掛桿；C為擺桿質(zhì)心，L為擺桿的總長，h為擺桿質(zhì)心到掛桿中軸線的距離。 【具體實(shí)施方式】復(fù)擺的擺桿I中軸線(中心線)與掛桿2的中軸線(中心線)垂直并相交，掛桿為圓柱形，掛桿2的兩端放置在一對凹槽中，放置在凹槽后，掛桿2的中軸線水平，擺桿能夠繞著掛桿2的中軸線往復(fù)擺動(dòng)，擺桿的質(zhì)心C到掛桿2中軸線的距離h為擺桿總長L的0.289倍，即 h=0.289L。T=2*p*{【(l/12)L2+h2】/(gh)}0.5， PJhiwn= L/(120.5)= 0.288675L ?0.289L,g=22.78 *L/ T2min。【權(quán)利要求】1.一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿，其特征是:復(fù)擺的擺桿(I)的中軸線與掛桿(2)的中軸線垂直并相交，掛桿為圓柱形；掛桿(2)的兩端放置在一對凹槽中，放置在凹槽后，掛桿(2)的中軸線水平，擺桿(I)能夠繞著掛桿(2)的中軸線往復(fù)擺動(dòng)，擺桿的質(zhì)心C到掛桿(2)中軸線的距離h為擺桿總長L的0.289倍，即h=0.289L。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿，其特征是:復(fù)擺擺桿(I)為軟磁材料，配備有磁鐵塊，磁鐵塊的磁場強(qiáng)度保證磁鐵塊能夠穩(wěn)定地吸附在復(fù)擺擺桿兩端的任何一端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿，其特征是:復(fù)擺擺桿(I)的兩端都有外螺紋，一個(gè)或者多個(gè)有內(nèi)螺紋的圓筒能夠通過復(fù)擺擺桿(I)兩端的外螺紋連接到復(fù)擺擺桿的兩端。【文檔編號】G01V7/12GK103971568SQ201410183072【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月4日 【專利技術(shù)者】饒大慶, 胡再國, 鄒旭敏 申請人:四川大學(xué)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種測量重力加速度的簡易的復(fù)擺擺桿，其特征是：復(fù)擺的擺桿（1）的中軸線與掛桿（2）的中軸線垂直并相交，掛桿為圓柱形；掛桿（2）的兩端放置在一對凹槽中，放置在凹槽后，掛桿（2）的中軸線水平，擺桿（1）能夠繞著掛桿（2）的中軸線往復(fù)擺動(dòng)，擺桿的質(zhì)心C到掛桿（2）中軸線的距離h為擺桿總長L的0.289倍，即h=0.289L。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：饒大慶，胡再國，鄒旭敏，
申請(專利權(quán))人：四川大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51
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