一种能够模拟改变重力加速度的单摆制造技术

本实用新型专利技术公开了一种能够模拟改变重力加速度的单摆，包括透明风道以及单摆；所述单摆的摆球悬挂于风道的中空；所述风道的底部或者顶部设置风机，风机的旋转速度档位至少为3挡；所述风机的出风口处设置出风网。本实用新型专利技术的有益效果是由于电机的风力大小连续可调，所以在改变g上也是连续变化且可控的，非常灵活。本装置中风机的风能够对着单摆向上吹出，研究g变小的情况；风也可以对着单摆向下吹，形成向下吹的风，研究g变大的情况。本装置中保留线摆和小球这种最合理的单摆形式，演示效果好，也方便调节摆长L，以及进行其他拓展实验。以及进行其他拓展实验。以及进行其他拓展实验。

【技术实现步骤摘要】
一种能够模拟改变重力加速度的单摆


[0001]本技术涉及中学物理教学领域，具体涉及一种能够模拟改变重力加速度的单摆。

技术介绍

[0002]在理论上，单摆的振动周期T、单摆的摆长L、重力加速度g三者之间的关系为：周期T和摆长L的平方根成正比，和当地的重力加速度g的平方根成反比，比例系数为2π；关系式为： ，用这个关系式可测量当地的重力加速度。要定性地探究单摆的振动周期T和摆长L的平方根成正比是很容易的，但是要想观察到周期T和重力加速度g的平方根成反比却不是那么容易，因为重力加速度只和地球的不同位置以及不同高度有关。在地球的不同位置，重力加速度的变化并不很明显。因此很多老师也尝试用实验解决这个问题，现有技术中的主要有以下几类：（1）用静电力；通过匀强电场对电荷的作用，可以改变摆球在竖直方向的受力，而不改变其在水平方向的受力。这种实验器是可行的，但是存在仪器比较昂贵，也不容易搭建以及摆球所带电量极其不稳定（在空气中会放电），导致静电力的大小一直在变化，而且这种变化无规律且不可控。所以本实验器只能做定性实验，即验证g增大时，周期T减小；g减小时，周期T增大。（2）用磁力。就是让单摆的摆球用铁球，然后下面放一个很大的磁铁或者电磁线圈，给铁球以吸引力，从而达到模拟增大g的效果。这种设计结构简单，但是由于现实中做不到匀强磁场，所以吸引力也不断在变化，实际上也只能做到g增大时，周期T减小的定性实验。如果要把铁球换成磁铁，来做斥力模拟g减小，实际中很容易让磁铁在运动中翻转变成吸引，难以操作。（3）让单摆在一个“斜面”上摆，来模拟改变g。这个是最成熟的方案，国外有相关产品。通过将绳改为轻杆，实现“倾斜”摆。这样理论上，g在杆上的分量，才是这个摆运动相关的g摆。这种设计结构简单，操作方便。但是对材料要求很高，并且实际上是复摆，只是近似为单摆。另外，它只能做g减小的情况，不能做g增大的情况。因此需要一种单摆能够相对定量的改变重力加速度。

技术实现思路

[0003]1、所要解决的技术问题：
[0004]针对上述技术问题，本技术提出一种新的，操作性较强的探究单摆周期T和重力加速度g的关系的方法，本单摆在摆的过程中保持单摆的角度在规定的范围内，且单摆受到的风均匀，能够实现重力加速度的定量研究。
[0005]2、技术方案：
[0006]一种能够模拟改变重力加速度的单摆，其特征在于：包括透明风道以及单摆；所述单摆的摆球悬挂于风道的中空；所述风道的底部或者顶部设置风机，风机的旋转速度能够设置调节；所述风机的出风口处设置出风网。
[0007]进一步地，还包括微力传感器，测量时，摆线一端连接摆球，另一端连接微力传感器。
[0008]进一步地，还包括铁架台；单摆悬挂于铁架台。
[0009]进一步地，所述摆球为铁球。
[0010]3、有益效果：
[0011]（1）本装置中由于电机的风力大小连续可调，所以在改变g上也是连续变化且可控的，非常灵活。
[0012]（2）本装置中风机的风能够对着单摆向上吹出，研究g变小的情况；风也可以对着单摆向下吹，形成向下吹的风，研究g变大的情况。
[0013]（3）本装置中保留线摆和小球这种最合理的单摆形式，演示效果好，也方便调节摆长L，以及进行其他拓展实验。
[0014]（4）本装置中采用实验校准g的方式，巧妙绕过复杂的风力推算，也降低了对鼓风机的要求，不需要显示风速。
附图说明
[0015]图1为本装置的电机设置在底部的结构简图。
具体实施方式
[0016]如附图1所示，一种能够模拟改变重力加速度的单摆，其特征在于：包括透明风道1以及单摆；所述单摆的摆球2悬挂于风道的中空；所述风道的底部或者顶部设置风机3，风机的旋转速度能够设置调节；所述风机的出风口处设置出风网4。图中5为桌面。通常情况下，风机的速度通常为3个档位。
[0017]进一步地，还包括微力传感器，测量时，摆线一端连接摆球，另一端连接微力传感器。微力传感器用于在球静止状态时（包括有风和无风），测量球受到的“重力”。测量时，用摆线一端连着球，另一端连着微力传感器，让球自然下垂即可。
[0018]进一步地，还包括铁架台；单摆悬挂于铁架台6。铁架台安放在桌面上。
[0019]进一步地，所述摆球为铁球。
[0020]具体实施例：
[0021]实验步骤
[0022]1、用微力传感器，测出摆球受到的重力G。
[0023]2、将摆球用线悬挂，放在鼓风机风道里面的某个位置A，打开风机至某个档位（比如K），测量这个时候摆球受到的重力G
’
。
[0024]3、将器材按图1搭建好，摆球仍然至于位置A。
[0025]4、用单摆实验的方法，测出风机没有开时，小球的摆动50次的时间t，算得周期T=t/50。
[0026]5、打开风机，调至K挡。测出小球摆动50次的时间t
’
，算得周期T
’
= t
’
/50。
[0027]6、改变风机的档位，重复步骤3-5，可以测量不同的g的情况。
[0028]7、数据分析：根据G=mg，验证g和T2成反比关系。
[0029]特别说明：摆球的摆角必须非常小，摆长不宜太短，以保证摆球基本在同一高度运动。
[0030]实验数据：摆球为铁球，直径为20mm，摆动次数n=50
[0031]无风时：G=0.312N，g=9.8，t=98.97s，T=1.9794s，1/T2=0.2552307
[0032]有风时：G=0.302N，g=9.486，t=100.57s，T=2.0114s，1/T2=0.2471742.
[0033]从上述实验数据我们可以看出，g无风/g有风=1.0331≈1.0326=（1/T有风2）/（1/T无风
2）
。即g和T2成反比例关系。
[0034]这次实验中，和本实验研究无直接关系的客观数据：摆线长L
线
=0.87m，即摆长L=L
线
+0.5d=0.97m，球的材质是实心铁球。
[0035]实验结论：
[0036]1、单摆运动中，满足g和T2成反比关系。符合公式： 。
[0037]2、在风力均匀，摆球大小、密度合适的情况下，可以用风给摆球竖直向上的恒力，来模拟改变单摆的重力加速度g。
[0038]虽然本专利技术已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本专利技术的，任何熟习此技艺者，在不脱离本专利技术之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本专利技术的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够模拟改变重力加速度的单摆，其特征在于：包括透明风道以及单摆；所述单摆的摆球悬挂于风道的中空；所述风道的底部或者顶部设置风机，风机的旋转速度能够设置调节；所述风机的出风口处设置出风网。2.根据权利要求1所述的一种能够模拟改变重力加速度的单摆，其特征在于： ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王知非，
申请(专利权)人：江苏苏威尔科技有限公司，
类型：新型
国别省市：