一种多功能摆实验装置

本技术涉及实验装置，特别是涉及一种多功能摆实验装置。

背景技术：

1、在《大学物理实验》《普通物理实验》等课程中，单摆实验、复摆实验是重要的内容。单摆实验装置由不可接伸的细线和小球组成，细线一端固定在悬点，另一端系一个小球，如果细线的质量与小球相比可以忽略；球的直径与线的长度相比也可以忽略，这样的装置就叫做单摆。单摆实验主要是测量摆动的周期，计算重力加速度。复摆实验装置是一个摆动支点可调节的刚体，复摆实验主要是测量刚体绕不同支点在重力的作用下作微小摆动的周期，研究摆动周期与支点到重心距离的变化关系，可计算刚体的转动惯量和重力加速度。滚摆是一种用于演示动能和势能相互转化的实验装置，通常滚轮、滚轴、2根细线和支架组成。当转动滚摆的轴，使细线绕在轴上，滚摆上升到顶点时，储蓄一定的势能。当滚摆被松开，开始旋转下降，滚摆势能随之逐渐减小，而动能(平动动能和转动动能)逐渐增加。当悬线完全松开，滚摆不再下降时，转动角速度与下降平动速度达到最大值，动能最大。由于滚摆仍继续旋转，它又开始缠绕悬线使滚摆上升。在滚摆上升的过程中动能逐渐减小，势能却逐渐增加，上升到跟原来差不多的高度时，动能为零，而势能最大。如果没有任何阻力，滚摆每次上升的高度都相同，说明滚摆的势能和动能在相互转化过程中，机械能的总量保持不变。

2、传统的单摆实验装置和复摆实验装置通常采用秒表或光电门计时器测量摆动的周期，通常只能用于计算重力加速度、不能定量计算单摆运动过程中的机械能变化。传统的滚摆实验装置无法测量出滚摆的转动角速度和平动速度，因此只能定性演示动能和势能的变化过程，不能定量验证机械能守恒定律，也不能测量刚体的转动惯量。最重要的是：现有的实验装置都是将单摆、复摆、滚摆分别为三种不同的实验装置，每种仪器只有单一的功能。

3、综上，提供一种同一套实验装置可以实现单摆、复摆、滚摆三种实验功能多功能摆实验装置，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种多功能摆实验装置，以解决上述现有技术存在的问题，同一套实验装置可以实现单摆、复摆、滚摆三种实验装置的功能。利用无线传感器实时测量摆的角速度，可以得到单摆、复摆、滚摆运动过程中角速度随时间的变化，除了实现传统单摆、复摆、滚摆实验装置的功能外，还可计算出摆动过程中动能和势能随时间的变化，可以验证机械能定恒定律。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

3、本实用新型提供一种多功能摆实验装置，包括底座、支架、可调节挂架、摆线、摆杆、大配重螺母、小配重螺母和无线传感器；所述支架设置于所述底座的顶部，所述支架的顶部设置有两个所述可调节挂架，两个所述可调节挂架之间的横向距离能够调节，所述摆杆的一端设置有无线传感器，所述摆杆的另一端设置有小配重螺母，所述无线传感器能够将测量出其本身绕x、y、z三轴旋转的角速度，并通过无线传输功能实时传输到上位机；

4、做滚摆实验时，所述摆杆横向设置，且所述摆杆的两端通过所述摆线分别连接两个所述可调节挂架，所述摆杆的中部通过连接件上下对称的安装有两个与所述摆杆垂直的螺杆，所述螺杆上螺纹连接有所述大配重螺母；两个所述可调节挂架的底部能够通过所述摆线连接所述摆杆的两端；

5、做单摆实验时，所述摆杆横向设置，且所述摆杆的两端通过所述摆线分别连接两个所述可调节挂架；

6、做复摆实验时，所述摆杆竖向设置，且所述摆杆设置有所述小配重螺母的一端铰接于两个所述可调节挂架之间。

7、优选地，所述支架为由顶杆和两个侧杆构成的门型架，所述可调节挂架与所述顶杆滑动连接。

8、优选地，所述摆杆为一钢杆，所述摆杆长度为50～60cm，所述摆杆直径为0.6～1.5cm。

9、优选地，所述摆杆上分布有若干等距小孔，所述小孔直径为1～2mm，相邻两所述小孔的间距为1～2cm。

10、优选地，两根所述摆线的下端穿过所述摆杆上中心对称的两个所述小孔并打结固定。

11、优选地，所述连接件套接于所述摆杆的中心处，且所述连接件的顶部和底部分别设置有一螺孔，所述螺杆与所述连接件通过螺孔连接固定。

12、优选地，做复摆实验时，靠近所述小配重螺母一端的所述小孔内穿设有钢针，且所述钢针的两端分别连接两所述可调节挂架。

13、优选地，所述上位机为手机或电脑，传感器配套的手机app或电脑端软件能够实时显示传感器角速度的变化曲线，还能够将角速度保存下来供实验人员提取参数。

14、本实用新型相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

15、本实用新型提供的多功能摆实验装置，用同一套装置可进行单摆实验、复摆实验和滚摆实验。进行单摆实验时，不仅可以和传统实验装置一样测量重力加速度，还可验证摆动过程中的机械能守恒定律。进行滚摆实验时，可定量测量滚摆的转动惯量，验证平行轴定理，还可验证机械能守恒定律。

技术特征：

1.一种多功能摆实验装置，其特征在于：包括底座、支架、可调节挂架、摆线、摆杆、大配重螺母、小配重螺母和无线传感器；所述支架设置于所述底座的顶部，所述支架的顶部设置有两个所述可调节挂架，两个所述可调节挂架之间的横向距离能够调节，所述摆杆的一端设置有无线传感器，所述摆杆的另一端设置有小配重螺母，所述无线传感器能够测量出其本身绕x、y、z三轴旋转的角速度，并通过无线传输功能实时传输到上位机；

技术总结本技术公开了一种多功能摆实验装置，包括底座、支架、可调节挂架、摆线、摆杆、大配重螺母、小配重螺母和无线传感器；支架设置于底座的顶部，支架的顶部设置有两个可调节挂架，两个可调节挂架之间的横向距离能够调节，摆杆的一端设置有无线传感器，摆杆的另一端设置有小配重螺母，无线传感器能够将测量出其本身绕x、y、z三轴旋转的角速度；本技术中的多功能摆实验装置，可以实现单摆、复摆、滚摆三种实验功能。利用无线传感器实时测量摆的角速度，可以得到单摆、复摆、滚摆运动过程中角速度随时间的变化，除了实现传统单摆、复摆、滚摆实验装置的功能外，还可计算出摆动过程中动能和势能随时间的变化，可以验证机械能定恒定律。技术研发人员：刘佳荣,王凤鹏,王静,熊雯,魏子砚,邵佳怡,高明慧受保护的技术使用者：赣南师范大学技术研发日：20231008技术公布日：2024/7/23