[發明專利]一種單擺

無效

• 申請號: 200910034080.1
• 申請日: 2009-08-20
• 公開（公告）號: CN101650889A
• 公開（公告）日: 2010-02-17
• 發明（設計）人: 屈社文
• 申請（專利權）人: 屈社文
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10;G04F7/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及一種教學實驗器具，特別涉及一種探究單擺周期的實驗器具。

背景技術：

單擺的原理和用途是高中物理課程中一處重要的知識點，課本使用了相當多的篇幅加以介紹，在做中學物理實驗周期時，由于人的反應時間對擺球起始位置判斷存在誤差，使得測量結果不夠精確，盡管在教材中采取平均值測量法，但結果仍不完全準確；另外，現有單擺可以實現對擺幅、擺球質量、擺長的調整，但未能實現重力加速度的調整，未能滿足教師和學生進行探究實驗的需要，也不利于學生發散思維和嚴謹的科學態度的培養。

發明內容：

本發明的目的有兩個，一在于提供一種能對單擺周期進行精確測量，二能實現對重力加速度進行調整的單擺，供教師和學生進行科學探究實驗。為實現上述的發明目的，本發明采用以下技術方案來實現的，本發明以激光束作控制信號，設計一光電門，控制電子表計時，即可實現對單擺周期進行精確測量，在單擺的下方設置能產生磁力場的裝置，來改變引力場來實現對重力加速度的調整。

本發明作控制信號的激光器，采用玩具激光筆，能產生波長λ＝630nm～680nm的紅色激光來，電子秒表可采用實驗室常用JinQue牌JD-3B(22)型電子秒表，當然也可以用其它型號的，該秒表可記憶60個分段時間信息，可反復重讀；在秒表復零狀態下，按下S₁，秒表開始計時，每按S₂，秒表即進行分段計時，再按S₁秒表停止計時；控制秒表計時的光電門電路，包括電壓為3V的直流電源1個，一光敏二極管其受光照呈低阻抗狀態，一阻值為4.7K的可調電阻RP一其型號為9014的光電門VT₁，所述光敏電阻V₁與所述可調電阻RP串聯后接所述電源正負極，所述光敏電阻V₁與所述可調電阻RP之間連接到光電門VT₁的基極b，光電門VT₁的集電極c連接所述電源正極，發射極e連接所述電源的負極，同時光電門VT₁的集電極c與所述電子秒表的按鈕S₂的高電位連接，所述光電門VT₁的發射極e與所述電子秒表的按鈕S₂的低電位連接。

光敏二極管V₁最好選用NDL3210型，其最佳響應波長λ＝675nm，響應時間＜10ns，最高工作結溫度Tn＝125℃，其受光照時呈低阻狀態，使光電門VT₁截止，即c-e結呈高阻抗狀態，電子秒表不會被觸發而處于待分段計時狀態，每當射向光敏二極管V₁的光被遮住時，V₁立即呈高阻狀態，VT₁迅速導通，這時相當于按下按鈕S₂，電子秒表計時芯片得到觸發脈沖而動作。光敏二極管最好用體積小的管并盡量靠近擺線，這樣通常粗細擺線也能對光敏二極管V₁良好的擋光。連接時，應打開電子秒表后蓋，用細導線把光電門和電子秒表的按鈕S₂觸發電路相連接，應注意焊接時，把烙鐵斷電后用余溫焊接，以防止靜電感應損壞電子秒表的計時芯片，保留按鈕S₂，保證電子秒表原有調節功能正常，合上后蓋，按S₁使電子秒表開始計時，這時由大到小調節可調電阻RP的值，當發現秒表開始分段計時停止調節。用激光筆照射光敏二極管V₁，秒表會停止分段計時，代表調試成功；否則說明可調電阻RP值調節過小，重調即可，由于該光電門控制電路僅用三只元件，電源可用電子秒表內的3V鋰電池，體積小，只需在表殼留有受光孔，整個裝置可置于電子秒表內。

激光筆S和裝有上述控制秒表計時的光電門電路元件的電子秒表可固定在一個U形支架上，讓表殼留有讓光敏二極管V₁受光的受光孔和所述激光筆S正對。

為實現本發明的第二個發明目的，本發明在上述的U形支架上在擺球平衡位置的正下方設置一能產生磁力場的裝置，來改變引力場的大小來實現對重力加速度的調整。該能產生磁力場的裝置可設置一電磁鐵，該電磁鐵的線圈與一電鍵、一滑動變阻器、一直流電源串聯而成。調節滑動變阻器可控制電磁鐵線圈中電流的大小，從而改變所產生的磁場的強弱，也就控制對擺球產生引力的大小，從而模擬實現對重力加速度進行調整，當然，該能產生磁場的裝置也可以是一個或N個永磁體。

本單擺還在擺繩的固定點處，平行于擺球運動平面的平面上安置了一量角器，這樣就在把擺球拉離平衡位置時，可對擺角進行精確的觀察。