[发明专利]注水延长复摆摆长测量重力加速度

说明书

技术领域

本发明涉及实验器材以及实验方法领域，特别是物理实验的复摆测量重力加速度实验。

背景技术

大学物理实验中的复摆测量重力加速度实验，一般采用一条有等间距圆孔的长条形摆杆，摆杆表面有刻度，圆孔的直径大约1cm、间距2cm，将摆杆的其中一个圆孔悬挂在挂杆（挂杆固定在支架上）进行摆动，测量摆动周期，记录每个圆孔悬挂时的位置坐标（该圆孔到摆杆中心的距离，也可以是其它坐标原点）和该圆孔悬挂时的摆动周期，然后在坐标纸上作图，利用图解法计算重力加速度。

《大学物理实验》，王植恒 何原 朱俊 主编，2008年12月第1版，高等教育出版社，第41页，质量分布均匀的细杆的转动惯量为I=(1/12)mL²，其中L为细杆的长度、m为细杆的质量；《大学物理实验》第106页复摆的周期公式（9），T=2*p*[(a²+h²)/(gh)]^0.5，其中，定义I=ma²，对于质量分布均匀的细杆而言，I=(1/12)mL²=ma²，h为悬挂点到质心的距离，所以T=2*p*{【(1/12)L²+h²】/(gh)}^0.5，两边对h求导数、并令导数等于0，则h_Tmin= L/(12^0.5)= 0.288675L ?0.289L，悬挂点位于此处的摆动周期为一个极值（最小），该公式提示：第一，存在最小摆动周期；第二，在复摆的对称中心的一侧，在距离摆杆质心0.289L的这个最小摆动周期点的两边可能存在有两个位置h1和h2的周期相等；第三，由于质量分布均匀的细长摆杆关于中心对称，因此，在复摆上有可能找到4个悬挂点具有同一个摆动周期。

复摆的数据处理一般采用作图法，如图1所示，在坐标纸上描出测量点，然后描出一条平滑的曲线连接各个测量点或者使测量点均匀分布在曲线的两边，形成h-T关系图，由于关系图为曲线，要描绘一个准确无误的曲线是比较困难的，然后画一条平行于横坐标的直线，该直线与曲线相交于四点，通过四点对应横坐标的坐标值h₁、h₂、h₃、h₄计算出等效摆长L'，从而由公式gT²/(4p²)= L'计算重力加速度g。

由于测量点是离散的数据，离散数据的横坐标间隔一般为2cm，间隔比较长，一般无法找到4个测量点的周期完全相同，周期曲线是描摹的曲线，与真实曲线存在偏差，所以作一条横线与有偏差的h-T曲线相交的四个点，从四个点读取的横坐标的坐标值也存在偏差，因此除实验本身的误差外，其图解计算方法也带来的较大偏差，而且数据测量过程和处理过程繁琐耗时。

发明内容

在复摆测量重力加速度实验中，为克服数据测量过程、数据处理过程繁琐耗时和减少计算引入的偏差，本发明设计一注水延长复摆摆长测量重力加速度的装置。

本发明实现发明目的采用的技术方案是：一种注水延长复摆摆长测量重力加速度的装置，其特征是：摆杆由摆杆下部、杯盖和定型帽组成；挂杆为圆柱形，挂杆固定在摆杆下部的外表面，被摆杆下部外表面分隔成两段，挂杆位于摆杆下部外表面的两段具有共同的中轴线，复摆的摆杆下部的中轴线与挂杆的中轴线垂直并相交，挂杆的两端放置在一对凹槽中，挂杆放置凹槽后，挂杆中轴线处于水平状态，摆杆能够绕着挂杆的中轴线往复摆动；质心到挂杆中轴线的距离为摆杆总长的0.30-0.32倍；摆杆下部形状为中空圆柱形，底部封闭，上端开口，其开口端有外螺纹，为便于描述，其开口称为杯口，有一个杯盖，杯盖外径与摆杆下部相同，杯盖有内螺纹，杯盖固定一个橡筋囊，杯盖通过内螺纹与杯口外螺纹连接，杯盖与杯口之间，在杯口下端的平台上有一个密封垫圈；一个定型帽罩在橡胶囊的外侧，定型帽外侧面固定的定位杆穿过杯盖和摆杆下部的定位圈，或者定位圈全部分布在摆杆下部外表面，定位圈为上下两排、每排3-5个，上下两排的定位圈在竖直方向相互对齐，即上下两排的对应位置的定位圈的连线平行于摆杆下部的中轴线；定型帽为中空圆柱体，其材料、内径、外径与摆杆下部相同；摆杆下部在挂杆位置有一个注水管，注水管内有单向阀门。

摆杆下部有一个放水阀门。