多功能三线摆实验仪器的辅助装置

1.本实验新型涉及对物理实验装置的改进，属于普通物理实验装置技术领域。


背景技术：

2.转动惯量是刚体转动惯性大小的量度，反映刚体转动惯量的两个重要定理是平行轴定理和垂直轴定理，平行轴定理表达式：j
x =j
c
+mx2，式中，jc表示质量为m的刚体绕质心轴的转动惯量，j
x
表示刚体绕与质心轴平行且间距为x的轴的转动惯量；垂直轴定理是指：薄板形物体绕垂直于平面的轴转动时的转动惯量j
z
等于绕其平面内相互垂直的两个轴转动的转动惯量j
x
与j
y
之和，即j
z
=j
x
+ j
y
。
3.利用三线摆实验装置研究刚体转动惯量是大学物理实验教学中的重要内容，现有的三线摆实验装置由支架、横梁、底座和上下两个圆盘组成，上圆盘固定在横梁上，由上圆盘伸出的三条等长的悬线将下圆盘悬挂起来，可绕圆盘的对称轴做扭转运动，其测量原理为：当摆角很小，下圆盘绕中心轴转动的转动惯量j与摆动周期t的关系：j0=t
02
×
m0grr/4π2h，式中：m0为下圆盘质量，r 和r为上下圆盘圆心到各自悬点的距离，h为上下圆盘的竖直距离，t0为下圆盘的扭动周期，g为重力加速度，通过测量扭转周期t
0 可得到下圆盘的转动惯量。
4.利用三线摆实验装置可以测量圆盘和圆环形状物体的转动惯量，方法是：将质量为 m 的待测物体平放在下圆盘上，并使其对称轴与转轴重合，测出这个组合刚体绕中心轴扭动周期t，组合刚体对中心轴的转动惯量：j=t2×ꢀ
(m0+m)grr/4π2h，则待测物体的转动惯量可由j
待测物
=j
ꢀ‑ꢀ
j0求出；以及通过两个相同的小圆柱来验证平行轴定理，方法是：将两个相同的小圆柱体，分别对称地放在下圆盘上，圆柱的对称轴与下圆盘的中心轴平行，圆柱与中心的距离为x，通过测量两个圆柱体和下圆盘组合体的扭摆周期，进而得到一个小圆柱体绕圆盘中心轴的转动惯量jx，再与（jc+mx2）的计算值进行比较，就可验证平行轴定理。


技术实现要素：

5.现有的三线摆装置使用范围有限，一是由于下圆盘不能稳定放置球形物体而不能直接测量球形物体的转动惯量；二是在圆环薄板或矩形薄板在回转轴与下圆盘回转轴垂直时，由于不能稳定放置所述薄板，不能直接测量薄板形物体此时的转动惯量j
x
与j
y
，而不能验证垂直轴定理，因此本实用新型提供一种辅助装置，不但能够完成原有的实验教学内容，还能够测量球形物体的转动惯量，以及验证垂直轴定理，丰富了三线摆实验的教学内容，有利于教学质量的提高。
6.本实用新型提供的是：一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，其特征是：基座1主体为圆柱体101，所述圆柱体101的上端面垂直向下开设一个槽中心经过圆柱体轴心的定位矩形槽103和一个定位圆锥孔104，其中，所述定位矩形槽103的槽宽与三线摆实验仪中标准的圆环片厚度相等，所述槽底部对称开设三个定位销孔102，间距与三线摆实验仪4底盘定位孔匹配，且三个定位销孔102轴线在一个平面内并垂直于所述槽底部，所述定位销孔中
间的孔的轴线与圆柱体101的轴线重合，所述定位圆锥孔104，其顶点朝下，轴线与圆柱体101的轴线重合；测量限位夹具2由夹具座202、牵引绳207、活动梁208、两个定位销a201、两个导向柱204和两个螺母205组成，其中，夹具座202的厚度与所述定位矩形槽103的槽宽相等，两个定位销a201固定在夹具座202底面，其间距与三线摆实验仪4底盘定位孔匹配，夹具座202上表面由下基准面210和两个开设由螺纹孔203的立柱组成，两个导向柱204的一端分别旋入螺纹孔203至导向柱204上的刻度211的基点与下基准面210在同一个水平面上，活动梁208上的两个引导孔206分别套在两个导向柱204上，所述活动梁208由导向柱204引导上下滑动，牵引绳207的两端各系在一个导向柱204上，两个导向柱204的另一端分别各旋上一个螺母205；球体3放在下基准面210，所述活动梁208由导向柱204引导下滑至所述活动梁208的上基准面209与球体3的另一面接触，上基准面209所指刻度211的刻度为球体3的直径，拎起牵引绳207，将测量限位夹具2与基座1配合，其中，夹具座202顺定位矩形槽103两个侧壁下移，两个定位销a201插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，球体3在下移时与定位圆锥孔104的圆锥面配合自动定心，球体3的铅锤方向的轴线与圆柱体101的轴线重合，测量球体3的转动惯量。
7.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，其特征是：圆环片5放在下基准面210，所述活动梁208由导向柱204引导下滑至所述活动梁208的上基准面209与圆环片5的另一面接触，上基准面209所指刻度211的刻度为圆环片5的外径，拎起牵引绳207，将测量限位夹具2与基座1配合，其中，夹具座202顺定位矩形槽103两个侧壁下移，两个定位销a201插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整圆环片5铅锤方向的轴线与圆柱体101的轴线重合，测量圆环片5在这种状态的转动惯量。
8.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，其特征是：矩形片b8放在下基准面210，所述活动梁208由导向柱204引导下滑至所述活动梁208的上基准面209与矩形片b8的另一面接触，上基准面209所指刻度211的刻度为矩形片b8在这状态时的高度，拎起牵引绳207，将测量限位夹具2与基座1配合，其中，夹具座202顺定位矩形槽103两个侧壁下移，两个定位销a201插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整矩形片b8铅锤方向的中心线与圆柱体101的轴线重合，测量矩形片b8在这种状态的转动惯量。
9.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，其特征是：矩形片b8顺时针旋转90
°
后放在下基准面210，所述活动梁208由导向柱204引导下滑至所述活动梁208的上基准面209与矩形片b8的另一面接触，上基准面209所指刻度211的刻度值为矩形片b8在这状态时的高度，拎起牵引绳207，将测量限位夹具2与基座1配合，其中，夹具座202顺定位矩形槽103两个侧壁下移，两个定位销a201插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整矩形片b8铅锤方向的中心线与圆柱体101的轴线重合，测量矩形片b8在这种状态的转动惯量。
10.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，其特征是：矩形片a7放在定位矩形槽103中，矩形片a7厚度与定位矩形槽103的槽宽相等，两个定位销b6插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整矩形片a7铅锤方向的中心线与圆柱体101的轴线重合，测量矩形片a7在这种状态的转动惯量。
11.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，其特征是：矩形片a7顺时针
旋转90
°
后放在定位矩形槽103中，两个定位销b6插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整矩形片a7铅锤方向的中心线与圆柱体101的轴线重合，测量矩形片a7在这种状态的转动惯量。
12.本实用新型的有益之处在于：一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，基座为圆柱体，其上端面开设定位矩形槽和定位圆锥孔，槽底部对称开设定位销孔，间距与三线摆底盘定位孔匹配；测量限位夹具与定位矩形槽配合，球体放入所述夹具测量球径后再放入定位矩形槽中，球体同时顺锥面滚入，其重心自动与基座的轴线重合；圆环片放入所述夹具测量外径后再放入定位矩形槽中，圆环片圆周面由所述夹具两基准面定位，其重心调整与基座的轴线重合；矩形片放入所述夹具测量高度后再放入定位矩形槽中，矩形片的上下端面由所述夹具两基准面定位，其重心调整与基座的轴线重合，测量jx，顺时针旋转90
°
，测量jy；使用本辅助装置完成不同直径球体或圆环片或矩形片的转动惯量的测定。
附图说明
13.图1为本实用新型的主视图；
14.图2是图1的俯视图；
15.图3是图1的左视图；
16.图4是本实用新型的使用状态a图；
17.图5是本实用新型的使用状态b图；
18.图6是本实用新型的使用状态c图；
19.图7是本实用新型的使用状态d图；
20.图8是本实用新型的使用状态e图；
21.图9是本实用新型的使用状态f图。
22.图中，1.基座；101.圆柱体；102.定位销孔；103.定位矩形槽；104.定位圆锥孔；2.测量限位夹具；201.定位销a；202.夹具座；203.螺纹孔；204.导向柱；205.螺母；206.引导孔；207.牵引绳；208.活动梁；209.上基准面；210.下基准面；211.刻度；3.球体；4.三线摆实验仪；5.圆环片；6.定位销b；7.矩形片a；8.矩形片b。
具体实施方式
23.一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，如图1
‑
图4所示，其特征是：基座1主体为圆柱体101，所述圆柱体101的上端面垂直向下开设一个槽中心经过圆柱体轴心的定位矩形槽103和一个定位圆锥孔104，其中，所述定位矩形槽103的槽宽与三线摆实验仪中标准的圆环片厚度相等，所述槽底部对称开设三个定位销孔102，间距与三线摆实验仪4底盘定位孔匹配，且三个定位销孔102轴线在一个平面内并垂直于所述槽底部，所述定位销孔中间的孔的轴线与圆柱体101的轴线重合，所述定位圆锥孔104，其顶点朝下，轴线与圆柱体101的轴线重合；测量限位夹具2由夹具座202、牵引绳207、活动梁208、两个定位销a201、两个导向柱204和两个螺母205组成，其中，夹具座202的厚度与所述定位矩形槽103的槽宽相等，两个定位销a201固定在夹具座202底面，其间距与三线摆实验仪4底盘定位孔匹配，夹具座202上表面由下基准面210和两个开设由螺纹孔203的立柱组成，两个导向柱204的一端分别旋入螺纹孔203至导向柱204上的刻度211的基点与下基准面210在同一个水平面上，活动梁208上
的两个引导孔206分别套在两个导向柱204上，所述活动梁208由导向柱204引导上下滑动，牵引绳207的两端各系在一个导向柱204上，两个导向柱204的另一端分别各旋上一个螺母205；球体3放在下基准面210，所述活动梁208由导向柱204引导下滑至所述活动梁208的上基准面209与球体3的另一面接触，上基准面209所指刻度211的刻度为球体3的直径，拎起牵引绳207，将测量限位夹具2与基座1配合，其中，夹具座202顺定位矩形槽103两个侧壁下移，两个定位销a201插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，球体3在下移时与定位圆锥孔104的圆锥面配合自动定心，球体3的铅锤方向的轴线与圆柱体101的轴线重合，测量球体3的转动惯量。
24.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，如图5所示，其特征是：圆环片5放在下基准面210，所述活动梁208由导向柱204引导下滑至所述活动梁208的上基准面209与圆环片5的另一面接触，上基准面209所指刻度211的刻度为圆环片5的外径，拎起牵引绳207，将测量限位夹具2与基座1配合，其中，夹具座202顺定位矩形槽103两个侧壁下移，两个定位销a201插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整圆环片5铅锤方向的轴线与圆柱体101的轴线重合，测量圆环片5在这种状态的转动惯量。
25.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，如图8所示，其特征是：矩形片b8放在下基准面210，所述活动梁208由导向柱204引导下滑至所述活动梁208的上基准面209与矩形片b8的另一面接触，上基准面209所指刻度211的刻度值为矩形片b8在这状态时的高度，拎起牵引绳207，将测量限位夹具2与基座1配合，其中，夹具座202顺定位矩形槽103两个侧壁下移，两个定位销a201插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整矩形片b8铅锤方向的中心线与圆柱体101的轴线重合，测量矩形片b8在这种状态的转动惯量。
26.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，如图9所示，其特征是：矩形片b8顺时针旋转90
°
后放在下基准面210，所述活动梁208由导向柱204引导下滑至所述活动梁208的上基准面209与矩形片b8的另一面接触，上基准面209所指刻度211的刻度为矩形片b8在这状态时的高度，拎起牵引绳207，将测量限位夹具2与基座1配合，其中，夹具座202顺定位矩形槽103两个侧壁下移，两个定位销a201插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整矩形片b8铅锤方向的中心线与圆柱体101的轴线重合，测量矩形片b8在这种状态的转动惯量。
27.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，如图6所示，其特征是：矩形片a7放在定位矩形槽103中，矩形片a7厚度与定位矩形槽103的槽宽相等，两个定位销b6插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整矩形片a7铅锤方向的中心线与圆柱体101的轴线重合，测量矩形片a7在这种状态的转动惯量。
28.如上所述的一种多功能三线摆实验仪器的辅助装置，如图7所示，其特征是：矩形片a7顺时针旋转90
°
后放在定位矩形槽103中，两个定位销b6插入对应的两个定位销孔102之中，再插入三线摆实验仪4底盘定位孔中限位，调整矩形片a7铅锤方向的中心线与圆柱体101的轴线重合，测量矩形片a7在这种状态的转动惯量。