專利名稱：一種單擺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種教學(xué)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(shù)：
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(dāng)多的篇幅加以介紹，在做中學(xué)物理實驗周期時，由于人的反應(yīng)時間 對擺球起始位置判斷存在誤差，使得測量結(jié)果不夠精確，盡管在教材中采取平 均值測量法，但結(jié)果仍不完全準確；另外，現(xiàn)有單擺可以實現(xiàn)對擺幅、擺球質(zhì) 量、擺長的調(diào)整，但未能實現(xiàn)重力加速度的調(diào)整，未能滿足教師和學(xué)生進行探 究實驗的需要，也不利于學(xué)生發(fā)散思維和嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(xiàn)對重力加速度進行調(diào)整的單擺，供教師和學(xué)生進行科學(xué)探究實 驗。為實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，本發(fā)明以激 光束作控制信號，設(shè)計一光電門，控制電子表計時，即可實現(xiàn)對單擺周期進行 精確測量，在單擺的下方設(shè)置能產(chǎn)生磁力場的裝置，來改變引力場來實現(xiàn)對重 力加速度的調(diào)整。
本發(fā)明作控制信號的激光器，采用玩具激光筆，能產(chǎn)生波長入二630nm 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(dāng)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(fù)重 讀；在秒表復(fù)零狀態(tài)下，按下St，秒表開始計時，每按S2，秒表即進行分段計 時，再按Si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?fàn)顟B(tài)， 一阻值為4.7K的可調(diào)電阻RP 一其型號為9014的光電門VT"所述光敏電阻V,與所述可調(diào)電阻RP串聯(lián)后接所 述電源正負極，所述光敏電阻^與所述可調(diào)電阻RP之間連接到光電門VL的基 極b，光電門VL的集電極c連接所述電源正極，發(fā)射極e連接所述電源的負極， 同時光電門的集電極c與所述電子秒表的按鈕S2的高電位連接，所述光電門 VL的發(fā)射極e與所述電子秒表的按鈕S2的低電位連接。長A-675nm，響應(yīng)時間 〈10ns,最高工作結(jié)溫度Tn=125°C，其受光照時呈低阻狀態(tài)，使光電門VT,截止， 即c-e結(jié)呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，電子秒表不會被觸發(fā)而處于待分段計時狀態(tài)，每當(dāng)射 向光敏二極管Vi的光被遮住時，V,立即呈高阻狀態(tài)，VL迅速導(dǎo)通，這時相當(dāng)于 按下按鈕S2，電子秒表計時芯片得到觸發(fā)脈沖而動作。光敏二極管最好用體積 小的03 mm管并盡量靠近擺線，這樣通常粗細擺線也能對光敏二極管Vt良好的
擋光。連接時，應(yīng)打開電子秒表后蓋，用細導(dǎo)線把光電門和電子秒表的按鈕S2 觸發(fā)電路相連接，應(yīng)注意焊接時，把烙鐵斷電后用余溫焊接，以防止靜電感應(yīng) 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(diào)節(jié)功能正常，合 上后蓋，按Si使電子秒表開始計時，這時由大到小調(diào)節(jié)可調(diào)電阻RP的值，當(dāng)發(fā) 現(xiàn)秒表開始分段計時停止調(diào)節(jié)。用激光筆照射光敏二極管V,，秒表會停止分段 計時，代表調(diào)試成功；否則說明可調(diào)電阻RP值調(diào)節(jié)過小，重調(diào)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(nèi)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(nèi)。
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Vi受光的受光孔和所述激光筆S正 對。
為實現(xiàn)本發(fā)明的第二個發(fā)明目的，本發(fā)明在上述的U形支架上在擺球平衡 位置的正下方設(shè)置一能產(chǎn)生磁力場的裝置，來改變引力場的大小來實現(xiàn)對重力 加速度的調(diào)整。該能產(chǎn)生磁力場的裝置可設(shè)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(lián)而成。調(diào)節(jié)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(chǎn)生的磁場的強弱，也就控制對擺球產(chǎn)生引力的 大小，從而模擬實現(xiàn)對重力加速度進行調(diào)整，當(dāng)然，該能產(chǎn)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。使用時，可將光電門放置于單擺的平衡位置附近，可以讓擺線擋光，當(dāng)然 可以讓擺球擋光，把擺球拉離平衡位置，注意觀察上述量角器，按要求擺角不
超過10°或者5°放開擺球，單擺開始振動，擺線每次經(jīng)過光電門時，秒表便 記下相應(yīng)的時間tn。利用秒表的重現(xiàn)功能，按下按鈕S3即顯示第一分段時間， 以后每按一下S3，即依次顯示第二、第三……各分段計時的記錄，把所得的數(shù)
據(jù)及時記錄，測量多組數(shù)據(jù)后停止測量，根據(jù)T^。+2-L的周期，另外，本發(fā)明還
可以排除實驗過程中的偶然誤差，如果發(fā)現(xiàn)某一周期所用的時間明顯與其它周 期所用的時間有很大的差別，可能由于桌子振動或風(fēng)吹動單擺所造成的，這樣 的數(shù)據(jù)在處理時可剔除，這可使測量單擺的周期更加精確。


圖l是電子表的外形示意圖
圖2是控制秒表計時的光電門電路
圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
圖4是本發(fā)明在擺球運動方向上的示意圖
圖5是能產(chǎn)生磁力的裝置的電路圖
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明，本發(fā)明包括單擺支 架l、擺繩2、擺球3，還包括一個U型支架4，固定在U型支架一端的一個激 光筆5和一個固定在所述U型支架另一端一正對激光筆發(fā)出激光束的表殼留有 受光孔，帶有一個控制秒表計時的光電門電路元件的電子秒表6，在U型支架的 底部，在單擺平衡位置的下方設(shè)置一能產(chǎn)生磁力場的裝置7，在單擺支架l上的 擺繩的固定點處，平行于擺球運動平面的平面上設(shè)置了一量角器8，所述電子秒 表包括一個控制秒表計時的光電門電路60和三個按鈕SW1、 S262、 Ss63所述電 子秒表6的三個按鈕SW1、 S262、 S363，其功能是在電子秒表復(fù)零狀態(tài)下，按下 按鈕S《1，電子秒表6開始計時，每按下按鈕S262，電子秒表6進行分段計時， 再按按鈕S《1，秒表6停止計時，按鈕S363具有重現(xiàn)功能，按下按鈕S363即顯 示第一分段計時，以后每按一下S363，即依次顯示第二、第三……各分段計時 的記錄。所述控制秒表計時的光電門電路包括電壓為3V的直流電源601 —個，一光敏二極管V,602其受光照呈低阻抗?fàn)顟B(tài)， 一個可調(diào)電阻RP603, —個光電門 VL604，所述光敏電阻^602與所述可調(diào)電阻RP603串聯(lián)后接所述電源601的正 負極，所述光電門VL604的基極b連接在所述光敏電阻V《02與所述可調(diào)電阻 RP603之間，所述光電門VL604的集電極c連接所述電源601的正極，所述光 電門VL604的發(fā)射極e連接所述電源601的負極，同時所述光電門VL604的集 電極C與所述的電子秒表6的按鈕S262的高電位的連接，所述光電門VL604的 發(fā)射極e與所述電子表6的按鈕S262的低電位的連接。所述能產(chǎn)生磁力場的裝 置7包括一電磁鐵70、電鍵71、滑動變阻器72、 一直流電源73，所述電磁鐵 70的線圈與電鍵71滑動變阻器72直流電源73的正負極串聯(lián)而成。所述能產(chǎn)生 磁力場的裝置7可以是一個或N個永磁體。所述的量角器8的零刻度線與重垂 線重合，即與擺球自然靜止時，擺繩向下的方向一致，左右兩側(cè)均勻?qū)ΨQ標(biāo)注 有1度、2度直到90度的刻度線。
本發(fā)明能實現(xiàn)精確測量，且能實驗改變引力場，模擬改變重力加速度，有 利于提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)。
權(quán)利要求
1、一種單擺，包括單擺支架、擺繩、擺球，其特征在于還包括以激光筆發(fā)出激光束來作控制信號，和一個表殼留有受光孔的具有能控制秒表計時的光電門電路的電子秒表，所述的激光筆固定在一個U型支架的一端上，在所述U型支架的另一端上固定正對所述激光筆發(fā)出激光束的所述表殼留有受光孔的具有能控制秒表計時的光電門電路的電子秒表。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單擺，其特征在于所述能控制秒表計時的光 電門電路包括一個電壓為3V的直流電源， 一光敏二極管Vi， 一個可調(diào)電阻RP， 一個光電門VL，所述光敏電阻Vi與所述可調(diào)電阻RP串聯(lián)后與所述電源正負極 連接，所述光電門VI\的其極b連接在所述光敏電阻V,與所述可調(diào)電阻RP之間， 所述光電門VT\的集電極c連接所述電源正極，所述光電門VT,發(fā)射極e連接所 述電源的負極，所述光電門VT,的集電極c還與所述電子秒表的按鈕S2的高電位 連接，所述光電門VT,的發(fā)射極e與所述電子秒表的按鈕S2的低電位連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種單擺，其特征在于光敏二極管Vt選用NDL3210 型，體積小的03mi管；所述的光電門VL選用三極管為9014。
4、 一種單擺，包括單擺支架、擺繩、擺球，其特征在于在單擺平衡位置的 下方設(shè)置一能產(chǎn)生磁力場的裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單擺，其特征在于所述的能產(chǎn)生磁力場的裝 置為一電磁鐵，所述電磁鐵的線圈與一電鍵、 一滑動變阻器串聯(lián)后接入一直流 電源正負極。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單擺，其特征在于所述的能產(chǎn)生磁力場的裝 置為永磁體。
7、 一種單擺，包括單擺支架、擺繩、擺球，其特征在于還包括在單擺支架 上擺繩固定點處，平行于擺球運動平面的平面上設(shè)置一量角器。
8、 、根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種單擺，其特征在于所述量角器的零刻度線 與重垂線重合，然后左右兩邊對稱標(biāo)注有刻度1度、2度直到90度的刻度線。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 3、 4、 5、 6中任一種單擺，其特征在于還包括在 單支架擺繩固定點處，平行于擺球運動平面的平面上設(shè)置一量角器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單擺，包括單擺支架、擺繩、擺球，還包括以激光筆發(fā)出激光束來作控制信號，和一個表殼留有受光孔的具有能控制秒表計時的光電門電路的電子秒表，所述的激光筆固定在一個U型支架的一端上，在所述U型支架的另一端上固定正對所述激光筆發(fā)出激光束的所述表殼留有受光孔的具有能控制秒表計時的光電門電路的電子秒表，在單擺平衡位置的下方設(shè)置一能產(chǎn)生磁力場的裝置，還包括在單擺支架上擺繩固定點處，平行于擺球運動平面的平面上設(shè)置一量角器，所述量角器的零刻度線與重垂線重合，然后左右兩邊對稱標(biāo)注有刻度1度、2度直到90度的刻度線。
文檔編號G09B23/10GK101650889SQ200910034080
公開日2010年2月17日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
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