旋转液体测重力加速度实验仪的制作方法

1.本实用新型主要涉及测量重力加速度的技术领域，具体涉及旋转液体测重力加速度实验仪。


背景技术：

2.重力加速度是在生产生活中有着广泛应用的一个物理量，由于其在地球上不同地方的值略有差异，因而人们设计了各种实验来测定当地的重力加速度。现在常用的测量方法有单摆法，此方法应用也比较成熟，在此不再赘述。另外有些大学也有用传统的旋转液体法。而这种试验方法对实验设备的要求又非常高，往往都是要使旋转着的液体相对于容器完全静止才行，但由于各种因素的原因，现实中想做到这一点是非常难的。因此，需要一种结构简单、便于测量重力加速度且测量结果可靠的实验仪。


技术实现要素：

3.本实用新型主要提供了旋转液体测重力加速度实验仪,用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
4.本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：
5.旋转液体测重力加速度实验仪，包括转动装置、竖直升降装置、测量转速装置，所述转动装置包括t形底座，所述t形底座上端设有t形底支撑架，所述t形底支撑架三端分别螺纹连接有第一调节螺母，所述第一调节螺母下端与t形底座转动连接，所述t形底支撑架上端安装有永磁直流电机，所述永磁直流电机输出端连接有木质支撑架，所述木质支撑架上螺纹连接有第二调节螺母，所述第二调节螺母上端设有转盘；所述竖直升降装置包括安装架和支架，所述安装架和支架分别位于t形底座两侧，所述安装架上端两侧分别设有滑轮，两个所述滑轮上滑动有无弹力绳，所述无弹力绳朝向t形底座一侧连接有激光仪，所述激光仪下端通过无弹力绳连接有铅垂块，所述无弹力绳另一端也连接有铅垂块，所述安装架上端设有游标卡尺和滑块，所述滑块滑动在安装架上，所述滑块下端一侧连接有齿锯条，所述齿锯条下端啮合有驱动齿轮，所述驱动齿轮一侧与安装架转动连接，且所述驱动齿轮另一侧轴心连接有调节盘。
6.优选的，所述木质支撑架包括与固定连接套，所述固定连接套三侧分别设有与第二调节螺母螺纹连接的分散连接套，三个所述分散连接套和固定连接套相连。
7.优选的，所述t形底支撑架上安装有整流电路和调速仪，所述整流电路和调速仪皆与永磁直流电机电性连接。
8.优选的，所述支架上滑动有连接杆，所述连接杆另一侧连接有激光接受屏。
9.优选的，所述测量转速装置包括固定架，所述固定架上滑动安装有光电门，所述光电门电性连接有数字毫秒计数器。
10.优选的，所述转盘一侧连接有突出小木片，且当转盘旋转时，所述突出小木片经过光电门。
11.优选的，所述转动装置一侧设有定容器圆心装置，所述定容器圆心装置包括容器支撑架和定圆心架，所述定圆心架上端固定有画笔。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:
13.采用二次调节法来调节转台的水平，使转盘始终在同一水平面内转动，且以相对位置代替绝对位置，确定了液面最低点处，保证了实验数据的精确性，对传统的旋转液体法加以改进，通过对测量法方的改进从而降低了对设备精度的要求，无需安装过多精良仪器，即可测量重力加速度，使得装置结构简单，便于生产；在进行实验时，只需要不断调节永磁直流电机的转速，记录下对应的数据即可，使得实验过程简易，便于使用，提高实用性。
14.以下将结合附图与具体的实施例对本实用新型进行详细的解释说明。
附图说明
15.图1为本实用新型的立体示意图；
16.图2为本实用新型局部立体示意图；
17.图3为本实用新型安装架局部结构示意图；
18.图4为本实用新型定容器圆心装置立体示意图；
19.图5为本实用新型实验原理分析图；
20.图6为本实用新型实验原理分析图；
21.图7为本实用新型试验结果运算结果图。
22.图中：1、转动装置；11、t形底座；12、t形底支撑架；13、第一调节螺母；14、永磁直流电机；15、木质支撑架；151、固定连接套；152、分散连接套；16、第二调节螺母；17、转盘；18、整流电路；19、调速仪；2、竖直升降装置；21、安装架；22、滑轮；23、无弹力绳；24、激光仪；25、铅垂块；26、支架；27、连接杆；28、激光接受屏；3、游标卡尺；31、滑块；32、齿锯条；33、驱动齿轮；34、调节盘；4、测量转速装置；41、固定架；42、光电门；43、数字毫秒计数器；44、突出小木片；5、定容器圆心装置；51、容器支撑架；52、定圆心架；53、画笔。
具体实施方式
23.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更加全面的描述，附图中给出了本实用新型的若干实施例，但是本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本实用新型公开的内容更加透彻全面。
24.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
25.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
26.请着重参照附图1和2，本实用新型提供一种技术方案：旋转液体测重力加速度实
验仪，包括转动装置1、竖直升降装置2、测量转速装置4，所述转动装置1包括t形底座11，所述t形底座11上端设有t形底支撑架12，所述t形底支撑架12三端分别螺纹连接有第一调节螺母13，所述第一调节螺母13下端与t形底座11转动连接，所述t形底支撑架12上端安装有永磁直流电机14，所述永磁直流电机14输出端连接有木质支撑架15，所述木质支撑架15上螺纹连接有第二调节螺母16，所述木质支撑架15包括与固定连接套151，所述固定连接套151三侧分别设有与第二调节螺母16螺纹连接的分散连接套152，三个所述分散连接套152和固定连接套151相连，所述第二调节螺母16上端设有转盘17，所述t形底支撑架12上安装有整流电路18和调速仪19，所述整流电路18和调速仪19皆与永磁直流电机14电性连接。首先将万向水平仪放置于转盘17的中心，调节第一调节螺母13，使永磁直流电机14的转轴处于垂直状态，当转动转盘17，水平仪内的气泡相对水平仪静止，则可认为转轴已调节至垂直，然后调节第二调节螺母16，使气泡位于万向水平仪中心，使转盘17始终在同一水平面内转动，采用二次调节法来调节转台的水平，调节效果好，保证精度。
27.请着重参照附图1和3，所述竖直升降装置2包括安装架21和支架26，所述安装架21和支架26分别位于t形底座11两侧，所述安装架21上端两侧分别设有滑轮22，两个所述滑轮22上滑动有无弹力绳23，所述无弹力绳23朝向t形底座11一侧连接有激光仪24，所述激光仪24下端通过无弹力绳23连接有铅垂块25，所述无弹力绳23另一端也连接有铅垂块25，所述安装架21上端设有游标卡尺3和滑块31，所述滑块31滑动在安装架21上，所述滑块31下端一侧连接有齿锯条32，所述齿锯条32下端啮合有驱动齿轮33，所述驱动齿轮33一侧与安装架21转动连接，且所述驱动齿轮33另一侧轴心连接有调节盘34。通过铅垂块25，使得激光仪24始终保持垂直状态，转动调节盘34，带动驱动齿轮33旋转，驱动齿锯条32移动，使得滑块31带动无弹力绳23移动，使得激光仪24在竖直方向上来回移动，而游标卡尺3刚好可以记录激光仪24在竖直方向上位置的相对变化。所述支架26上滑动有连接杆27，所述连接杆27另一侧连接有激光接受屏28，当激光仪24发出的水平光束在液面最低点以下时，光束经过旋转液体会在光屏上显示出一条亮线；当光束恰好打至液面最低点时，由于在最低点处光束受液面最低处凹液面的影响，原本完整的光线会产生一个小缺口，通过激光接受屏28上呈现的画面，来调节激光仪24位置。
28.请着重参照附图1，所述测量转速装置4包括固定架41，所述固定架41上滑动安装有光电门42，所述光电门42电性连接有数字毫秒计数器43，所述转盘17一侧连接有突出小木片44，且当转盘17旋转时，所述突出小木片44经过光电门42。将光电门42调至合适的位置，配合数字毫秒计数器43就可以测得转盘17每转过两圈所用的时间，进而可以得到旋转液体的角速度。
29.请着重参照附图5，所述转动装置1一侧设有定容器圆心装置5，所述定容器圆心装置5包括容器支撑架51和定圆心架52，所述定圆心架52上端固定有画笔53。将容器安置在容器支撑架51上，然后将定圆心架52靠近容器支撑架51，使得画笔53可在容器底部画线，旋转容器，则画笔53笔尖就可以在容器底画出一个与圆形容器同心的同心圆，放置容器时，只需要让这个圆与转盘17上的圆重合，即可认为容器已放置于转盘17中心。
30.本装置采用的实验原理为：
31.当一个盛有液体的容器，围绕着其圆柱面的对称轴以角速度ω匀速转动时，容器带动液体转动，液面就会下陷，当液体的转速与容器的转速相同时，液面不再下陷，此时建
立如图所示的坐标系对液面中某一质元受力分析，如下图5所示。
32.mg tanθ＝mω2x
33.又因为tanθ＝dy/d
x
34.所以
35.由此可以看出旋转液面是一个抛物面。令x＝r(r为容器半径)，则上式变为对应的y则是液面最底端到最顶端的垂直距离。由此，理论上只要我们能测出转速ω、容器半径r、以及液面最底端到最顶端的垂直距离y，就可以计算得重力加速度。但由于液体浸润的缘故，我们无法直接测得这个高度差y。但由数学积分方面的知识以及等体积法的分析,可得到下列关系式y＝2y(y为旋转液面最底端与初始液面之间的垂直距离)，如下图6所示。
36.则上式变为
37.整理得
38.由于g、r均为定值，可以看出液面下陷深度h与角速度的平方ω2成正比例关系，只要测出不同转速下对应的液面下降深度h，做出ω
2-h关系曲线，就可以通过斜率来得到g值。
39.本实用新型的具体操作方式如下：
40.工作人员使用时，将万向水平仪放置于转盘17的中心，调节第一调节螺母13，使永磁直流电机14的转轴处于垂直状态，当转动转盘17，水平仪内的气泡相对水平仪静止，则可认为转轴已调节至垂直，然后调节第二调节螺母16，使气泡位于万向水平仪中心，使转盘17始终在同一水平面内转动，采用二次调节法来调节转台的水平，将容器安置在容器支撑架51上，然后将定圆心架52靠近容器支撑架51，使得画笔53可在容器底部画线，旋转容器，则画笔53笔尖就可以在容器底画出一个与圆形容器同心的同心圆，放置容器时，将这个圆与转盘17上的圆重合，接着往容器里面加入适量蓖麻油，启动永磁直流电机14，使得容器旋转，待液体转速稳定之后，用数字毫秒计数器43来测得液体的转速，同时转动调节盘34，带动驱动齿轮33旋转，驱动齿锯条32移动，使得滑块31带动无弹力绳23移动，使得激光仪24在竖直方向上来回移动，确定凹液面的最低处，并记录下对应的游标卡尺3的读数，改变永磁直流电机14的转速，重复上述步骤，测得多组数据，用origin软件拟合得出ω
2-h关系曲线，根据斜率求得重力加速度；
41.测量数据如下：
42.圆形容器
[0043][0044]
旋转液体
[0045]
[0046][0047]
将所测数据输入origin软件，拟合结果如下图7所示，下图中红色框选部分即为图像的斜率，其值为：37556.8365。
[0048]
再结合相关数据，本此实验测得的重力加速度为9.79566m/s2。
[0049]
上述结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围之内。