理想化多控式單擺的組裝方法

前幾年，我一直是按課本圖示依葫蘆畫瓢組裝單擺，開出學生實驗，實驗的結果令師生不甚滿意。在總結實驗誤差時，幾乎是所有同學除對擺球、擺線和用單擺完成50次全振動測周期認為無誤外，對影響實驗精度的其它因素都不敢肯定正確與否。鑒于這種情況，筆者在同事們指導和鼓勵下，進行大膽創新探索，利用實驗室現有部分儀器的零件及廢舊材料，設計組裝了新的單擺裝置（圖1），巧妙解決了影響這一實驗精度的諸多問題。現介紹如下：

1單擺的組裝制作。

（1）用廢舊桌墊塑膠板（三合板、硬紙板亦可）剪制半徑為0.5m扇狀擺角標度盤，在盤面上刻畫零度垂線和左、右分別5°、10°的標記線。取2109摩擦計附件長木板一塊，在其一面順長邊方向畫一條中線；在其下端前面用兩個圖釘釘住擺角標度盤，使盤面零度垂線與木板中線重合；在其上端適當位置的中線上鉆一個6.5的孔（供穿掛木板用），要使標度盤下弧線距擺線懸點保持0.5m為宜。

（2）用2mm厚廢有機玻璃條打孔、折制如圖2所示的角形膠塞固定板，在水平面的大孔內由下而上塞入一個膠塞（鏈霉素注射液瓶的二號橡膠塞），將系好擺球的細線一頭用小縫衣針牽引由下而上穿過膠塞中央位置（既固定牢固又能上下抽動）。

（3）取2507光具座附件中的金屬插桿（6）一根，在有螺紋一端用M4螺母安裝上懸著擺球的角形膠塞固定板；緊挨固定板套掛下端釘有標度盤的長木板；然后將金屬插桿另一端水平夾在鐵架臺豎桿上部。這時，長木板既靈活下垂又不靠挨擺線。

（4）鐵架臺置實驗桌邊，讓擺球自由下垂穩定后，仔細調整使擺線正視時，正好與標度盤中間的零度垂線重合。

2解決問題及優點

（1）固定了擺線懸點。按課本要求用鐵夾把擺線上端往鐵架臺橫桿上夾時，鐵夾的兩頁鐵片難以合攏夾線，只好用一頁鐵片與圓形橫桿夾線。擺球左右擺動時，詳細觀察會發現：擺向鐵夾一側時懸點降低（擺線變短），擺向圓桿一側時懸點升高（擺線變長）。而采用擺線穿過膠塞中心固定懸點的辦法，較好地解決了擺線左右擺動時懸點高低變動的問題。

（2）以擺角標度盤的豎直平面作參照，可以保持單擺在豎直平面內振動。

（3）以擺角標度盤上的角度線為標準，能使單擺擺角控制在5°以內的很小范圍內。

（4）由于擺線的懸點固定，使擺長測定也較為準確。

（5）重做幾次實驗需變更擺長時，只要把借橡膠彈力夾固在膠塞中心部位的擺線向上或向下抽動一下即可，極為方便、省時。

綜上所述，這種接近理想化程度的多控式單擺與現行高中物理課本上介紹的單擺相比，有諸多優點，制作也很簡單。用這種單擺開學生實驗時，只要學生個個靜坐別亂走動、實驗桌穩定不搖動、室內無內，不多記或漏記振動次數、測準時間（周期），讀準測量的長度毫米數和秒表的十分位數，同學們測得的當地重力加速度精確度很高。

(欄目編輯王柏廬)