[發(fā)明專利]注水延長復(fù)擺擺長測量重力加速度

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410182942.6
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN103971570A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 饒大慶;胡再國;李娟
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: G09B23/12
• 分類號: G09B23/12;G01V7/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及實驗器材以及實驗方法領(lǐng)域，特別是物理實驗的復(fù)擺測量重力加速度實驗。

背景技術(shù)

大學(xué)物理實驗中的復(fù)擺測量重力加速度實驗，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，將擺桿的其中一個圓孔懸掛在掛桿（掛桿固定在支架上）進行擺動，測量擺動周期，記錄每個圓孔懸掛時的位置坐標（該圓孔到擺桿中心的距離，也可以是其它坐標原點）和該圓孔懸掛時的擺動周期，然后在坐標紙上作圖，利用圖解法計算重力加速度。

《大學(xué)物理實驗》，王植恒 何原 朱俊 主編，2008年12月第1版，高等教育出版社，第41頁，質(zhì)量分布均勻的細桿的轉(zhuǎn)動慣量為I=(1/12)mL²，其中L為細桿的長度、m為細桿的質(zhì)量；《大學(xué)物理實驗》第106頁復(fù)擺的周期公式（9），T=2*p*[(a²+h²)/(gh)]^0.5，其中，定義I=ma²，對于質(zhì)量分布均勻的細桿而言，I=(1/12)mL²=ma²，h為懸掛點到質(zhì)心的距離，所以T=2*p*{【(1/12)L²+h²】/(gh)}^0.5，兩邊對h求導(dǎo)數(shù)、并令導(dǎo)數(shù)等于0，則h_Tmin= L/(12^0.5)= 0.288675L ?0.289L，懸掛點位于此處的擺動周期為一個極值（最?。?，該公式提示：第一，存在最小擺動周期；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的這個最小擺動周期點的兩邊可能存在有兩個位置h1和h2的周期相等；第三，由于質(zhì)量分布均勻的細長擺桿關(guān)于中心對稱，因此，在復(fù)擺上有可能找到4個懸掛點具有同一個擺動周期。

復(fù)擺的數(shù)據(jù)處理一般采用作圖法，如圖1所示，在坐標紙上描出測量點，然后描出一條平滑的曲線連接各個測量點或者使測量點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，要描繪一個準確無誤的曲線是比較困難的，然后畫一條平行于橫坐標的直線，該直線與曲線相交于四點，通過四點對應(yīng)橫坐標的坐標值h₁、h₂、h₃、h₄計算出等效擺長L'，從而由公式gT²/(4p²)= L'計算重力加速度g。

由于測量點是離散的數(shù)據(jù)，離散數(shù)據(jù)的橫坐標間隔一般為2cm，間隔比較長，一般無法找到4個測量點的周期完全相同，周期曲線是描摹的曲線，與真實曲線存在偏差，所以作一條橫線與有偏差的h-T曲線相交的四個點，從四個點讀取的橫坐標的坐標值也存在偏差，因此除實驗本身的誤差外，其圖解計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。

發(fā)明內(nèi)容

在復(fù)擺測量重力加速度實驗中，為克服數(shù)據(jù)測量過程、數(shù)據(jù)處理過程繁瑣耗時和減少計算引入的偏差，本發(fā)明設(shè)計一注水延長復(fù)擺擺長測量重力加速度的裝置。

本發(fā)明實現(xiàn)發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是：一種注水延長復(fù)擺擺長測量重力加速度的裝置，其特征是：擺桿由擺桿下部、杯蓋和定型帽組成；掛桿為圓柱形，掛桿固定在擺桿下部的外表面，被擺桿下部外表面分隔成兩段，掛桿位于擺桿下部外表面的兩段具有共同的中軸線，復(fù)擺的擺桿下部的中軸線與掛桿的中軸線垂直并相交，掛桿的兩端放置在一對凹槽中，掛桿放置凹槽后，掛桿中軸線處于水平狀態(tài)，擺桿能夠繞著掛桿的中軸線往復(fù)擺動；質(zhì)心到掛桿中軸線的距離為擺桿總長的0.30-0.32倍；擺桿下部形狀為中空圓柱形，底部封閉，上端開口，其開口端有外螺紋，為便于描述，其開口稱為杯口，有一個杯蓋，杯蓋外徑與擺桿下部相同，杯蓋有內(nèi)螺紋，杯蓋固定一個橡筋囊，杯蓋通過內(nèi)螺紋與杯口外螺紋連接，杯蓋與杯口之間，在杯口下端的平臺上有一個密封墊圈；一個定型帽罩在橡膠囊的外側(cè)，定型帽外側(cè)面固定的定位桿穿過杯蓋和擺桿下部的定位圈，或者定位圈全部分布在擺桿下部外表面，定位圈為上下兩排、每排3-5個，上下兩排的定位圈在豎直方向相互對齊，即上下兩排的對應(yīng)位置的定位圈的連線平行于擺桿下部的中軸線；定型帽為中空圓柱體，其材料、內(nèi)徑、外徑與擺桿下部相同；擺桿下部在掛桿位置有一個注水管，注水管內(nèi)有單向閥門。

擺桿下部有一個放水閥門。