５８ 周口师范学院学报２０１４年９月
装置的位置，使光线发射装置发射的光线可以被光线接收装置接收到（注意光线发射装置和光线接收
装置要保持相平）．
项，也就迎刃而解了．固定转轴装置设计与操作如下：
１）找出三线摆实验仪下盘的中心，并在其中心开一个直径为２ｍｍ的小孔；
２）在下盘的轴线上加一个光电门．
这样就用光控装置解决了三线摆实验中关于固定转轴方面的难题，
从而提高了该实验的精度．
图１ 三角形镜面体图示
这样就用光控的方法解决了三线摆实验中关
于周期测量要与摆的转动周期相同步的问题，并且用光电计时器计数来代替人工手动用计时器计数，从而可以提高该实验的精度和实验的效率．
在实验的过程中，下盘的转角要求不能超过
５°．而５°恰好就是一个圆周（也就是３６０°）的７２
，这
个角度是很小的．针对此种情况，张显余和常效奇指出激光射在随三线摆下盘转动的镜面上，由反射光点摆动控制摆动角度，克服了下盘转动的角度不易确定的弊病，使实验精度有所提高［８］；笔者在他们的基础上设计了一个相似的角度控制装置，并提出了相应的操作方法，可将下盘旋转时的角度精确地控制在５°以下．该角度控制装置的设计与操作如下：
图２ 角度控制装置示意图
１）如图２所示，在距三线摆下盘上的一面平
面镜距离为１ｍ处放置一块长４５ｃｍ、宽２０ｃｍ的硬纸板，用铁架台固定住；
２）硬纸板的板面要与镜面平行，硬纸板背面放一激光光源，在硬纸板正中间开一窄缝使激光束通过窄缝可以垂直打在平面镜上；
３）在硬纸板上的两侧画上对称线，对称线到窄缝距离为１７畅６３ｃｍ．图３解释取这样一个距离的原因．
由图３可得出，对称线到窄缝的距离： Ｌ≈１００ｃｍ×ｔａｎ１０°＝１７畅６３ｃｍ．至此为止，影响周期测量精确度的四个主要的因素已考虑了两项．若将放上被测物体前后下盘的转轴保持不变，则被测物与摆的转轴要重合这一
图３ 光路图示
１畅２ 装置改进后的实验操作步骤
（１）仪器调平．将气泡水准仪放在悬挂了下盘的支架上，调节三线摆底座的两个螺钉，使上盘处于水平状态．再将三角镜面体放在盘上，然后将水准仪也放在下盘上，调节三根悬线的长度使下盘水平（选线长度Ｌ约５０ｃｍ）．
测出仪器各参数：Ｌ，Ｒ，ｒ，Ｍｏ，Ｍ，ａ１，ａ２，ａ３，ｂ１，ｂ２，ｂ３，而
Ｈ＝Ｌ２－（Ｒ－ｒ）２； ｒ＝３珔ａ，珔ａ＝３
（ａ１＋ａ２＋ａ３）； Ｒ＝
３珔ｂ，珔ｂ＝３
（ｂ１
＋ｂ２＋ｂ３）．其中，ａｉ和ｂｉ分别是上下盘上三线的孔距．
（２）光控装置调解．将周期测量装置和定轴装置的光电门初始状态，调整在光线发射装置发射的光线可以被光线接收装置接收到的状态；将角度控制装置的激光器发出的光调整到刚好又能从窄缝原路返回的状态．
（３）测量下盘的转动惯量．使三线摆保持静止，然后轻轻转动上盘带动下盘转动（角度控制装置的反射光点在５°刻度线之间摆动）．测出１０次完全摆动周期的时间ｔ，测１０次，求出平均周期Ｔｏ．
（４）测量某一圆环的转动惯量．将待测圆环置于下盘上，使两者中心轴重合，按照上面的步骤测２
２
出Ｔ，计算出Ｉ，并与理论值Ｉ＝１２２
比较，
求出其百分差（Ｒ１，Ｒ２分别是待测圆环的内半径和