[發明專利]通過套入圓筒延長復擺擺長測量重力加速度

無效

• 申請號: 201410183422.7
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN103985290A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 饒大慶;胡再國;李娟
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10;G01V7/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及實驗器材以及實驗方法領域，特別是物理實驗的復擺測量重力加速度實驗。

背景技術

大學物理實驗中的復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，質量分布均勻的細桿的轉動慣量為I=(1/12)mL²，其中L為細桿的長度、m為細桿的質量；《大學物理實驗》第106頁復擺的周期公式（9），T=2*p*[(a²+h²)/(gh)]^0.5，其中，定義I=ma²，對于質量分布均勻的細桿而言，I=(1/12)mL²=ma²，h為懸掛點到質心的距離，所以T=2*p*{【(1/12)L²+h²】/(gh)}^0.5，兩邊對h求導數、并令導數等于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（最小），該公式提示：第一，存在最小擺動周期；第二，在復擺的質心的一側，在距離擺桿質心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，由于質量分布均勻的細長擺桿關于中心對稱，因此，在復擺上有可能找到4個懸掛點具有同一個擺動周期。

復擺的數據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關系圖，由于關系圖為曲線，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據，離散數據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，而且數據測量過程和處理過程繁瑣耗時。

發明內容

在復擺測量重力加速度實驗中，為克服數據測量過程、數據處理過程繁瑣耗時和減少計算引入的偏差，本發明設計一種通過套入圓筒延長復擺擺長測量重力加速度的裝置，并介紹其使用方法。

本發明實現發明目的采用的技術方案是：一種通過套入圓筒延長復擺擺長測量重力加速度的裝置，其特征是：復擺的擺桿由細桿和套入套桿的圓筒組成；初始狀態，細桿的套桿沒有套入圓筒，此時的擺桿就是細桿；細桿上固定掛桿，掛桿為圓柱形，細桿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，放入凹槽后，掛桿的中軸線水平，細桿能夠繞著掛桿的中軸線往復擺動；細桿的質心C與掛桿中軸線的距離h大于細桿長度L的0.30倍、小于細桿長度L的0.35倍，即h為0.30L-0.35L；套桿固定在細桿的上端，套桿與細桿具有共同的中軸線，圓筒、套桿、細桿為同種材質，圓筒與細桿橫截面的周邊形狀相同、大小相等，圓筒與套桿之間的縫隙小到可以忽略。

套桿的橫截面積為細桿的橫截面積的0.01-0.2倍。套桿為軸對稱形狀，圓筒有一個通孔，通孔的形狀與套桿的形狀保持一致。圓筒的高度規格為，高度為1cm的有10個、高度為5mm有4-8個、高度為2mm的有5-20個、高度為1mm有5-20個。