單擺實(shí)驗(yàn)講解

1、單擺實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?用單擺測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取?研究單擺振動(dòng)的周期。【實(shí)驗(yàn)儀器】FD-DB-H新型單擺實(shí)驗(yàn)儀【儀器介紹】數(shù)字毫秒計(jì)停表計(jì)時(shí)是以擺輪的擺動(dòng)周期為標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字毫秒計(jì)的計(jì)時(shí)是以石英晶片控制的振蕩電路的 頻率為標(biāo)準(zhǔn)。常用的數(shù)字毫秒計(jì)的基準(zhǔn)頻率為 100kHz,經(jīng)分頻后可得10kHz、1kHz、的時(shí)標(biāo)信 號(hào)，信號(hào)的時(shí)間間隔分別為、1ms、10ms。數(shù)字毫秒計(jì)上時(shí)間選擇檔就是對(duì)這幾種信號(hào)的選擇。 如選用1ms檔，而在測(cè)量時(shí)間內(nèi)有123個(gè)信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)電路，則數(shù)字顯示為123,即所測(cè)量的 時(shí)間長(zhǎng)度是123ms或。對(duì)數(shù)字毫秒計(jì)計(jì)時(shí)的控制有機(jī)控（機(jī)械控制，即電鍵控制）和光控 （光控制，即光電門

2、控制）兩種。光電門是對(duì)數(shù)字毫秒計(jì)進(jìn)行光控的部件， 它由發(fā)光管和光電二極管（或光敏電阻） 組成（圖1）,當(dāng)光電管被遮光時(shí)產(chǎn)生的電訊號(hào)輸入毫秒計(jì)，控制其計(jì)時(shí)電路?？刂菩盘?hào)又分為1S和2s兩種，1S是測(cè)量遮光時(shí)間的長(zhǎng)度，遮光開始的信號(hào)使計(jì)時(shí)電路的“門”打開，時(shí)標(biāo)信號(hào)依次進(jìn)入毫秒計(jì)的計(jì)數(shù)電路， 遮光終了的信號(hào)使計(jì)時(shí)電路的“門”關(guān)閉, 時(shí)標(biāo)信號(hào)不能再進(jìn)入計(jì)數(shù)電路，顯示的數(shù)值即遮光時(shí)間的長(zhǎng)度。使用 2s時(shí)，是測(cè)量?jī)纱握诠?之間的時(shí)間問隔，第一次開始遮光時(shí)，計(jì)時(shí)電路和“門”打開，第二次再遮光時(shí)，“門”才關(guān)閉，顯示的數(shù)值就是兩次遮光的時(shí)間問隔。一般測(cè)量多選用 2s檔。為了在一次測(cè)量之后，消去顯示的數(shù)字，毫秒計(jì)

3、上設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)置零機(jī)構(gòu)，自動(dòng)置零時(shí)還可調(diào)節(jié)以改變顯示時(shí)間的長(zhǎng) 短。當(dāng)測(cè)完一次之后來不及置零時(shí)，則最后顯示的是兩次被測(cè)時(shí)間的累計(jì)。圖3是數(shù)字毫秒計(jì)面板的示意圖，所用儀器的實(shí)際面板可參閱儀器說明書。 /畫，日耳日日日1秒P 0 圖2實(shí)驗(yàn)裝置間圖*【實(shí)驗(yàn)原理】(1)周長(zhǎng)與擺長(zhǎng)的關(guān)系：一根長(zhǎng)為L(zhǎng)不能伸縮的細(xì)線，上端 質(zhì)量小很多，可以將小球當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)， 回?cái)[動(dòng)，這種裝置稱為單擺，如圖所示3圖3計(jì)時(shí)計(jì)敷毫臥儀.，1.計(jì)時(shí)顯示2、周期顯示3、周期設(shè)定九曼位6.低電平指示 心電屬開關(guān)1固定，下端懸質(zhì)量為 m的小球，設(shè)細(xì)線質(zhì)量比小球 將小球略微推動(dòng)后，小球在重力作用卜口在豎直平向內(nèi)來0/ /11口單擺往返擺動(dòng)一

4、次所需要的時(shí)間稱為單擺的周期，可以證明，當(dāng)擺幅很小時(shí)，單擺周期 滿足以下公式:T 2-（1）g當(dāng)然，這種理想的單擺實(shí)際上是不存在的，因?yàn)閼揖€是有質(zhì)量的，實(shí)驗(yàn)中采用了半徑為r的金屬小球來代替質(zhì)點(diǎn)。所以，只有當(dāng)小球質(zhì)量遠(yuǎn)大于懸線的質(zhì)量，而它的半徑遠(yuǎn)小于懸線 長(zhǎng)度時(shí)才能將小球作為質(zhì)點(diǎn)來處理，并可由（1）式進(jìn)行計(jì)算。但此時(shí)必須將懸掛點(diǎn)與球心之 間的距離作為擺長(zhǎng)。如固定擺長(zhǎng) L,測(cè)出相應(yīng)白振動(dòng)周期T,即可由（1）式求g。也可以逐次 改變擺長(zhǎng)L,測(cè)量各相應(yīng)的周期T,再求出T2,最后在坐標(biāo)紙上作出T2 L圖。T2 L圖應(yīng)是 一條直線，說明T2與L成正比關(guān)系。在直線上選到兩點(diǎn) P（Li,Ti）和P2（L2,T

5、2）,由兩點(diǎn)求得斜率kT2-工；再從kL2L1求得重力加速度，即:(2) TOC o 1-5 h z 2 L2L1_ 2_ 2T2T1【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】1）調(diào)節(jié)好各實(shí)驗(yàn)儀器2）固定擺長(zhǎng)，改變擺角求得g:擺線長(zhǎng)度L1,擺球直徑2L2分別為:L1 =cm2L2= (土)cm總的擺長(zhǎng)為:L=L1+L2 =cm表1L/mT/s第1次第2次第3次第4次第5次平均值T2由表1數(shù)據(jù)作T2 L圖，并進(jìn)行直線擬合，即得T2L關(guān)系圖，并求直線的斜率k和g值并用表1中的數(shù)據(jù)求g及其誤差?！舅伎紗栴}】1 .擺錘從平衡位置移開的距離為擺長(zhǎng)的幾分之一時(shí)，擺角約為5?！咀⒁馐马?xiàng)】1）小球必須在與支架平行的平面內(nèi)擺動(dòng)，不可做橢圓運(yùn)動(dòng)。檢驗(yàn)辦法是在集成霍耳開關(guān)的 輸出端，即V-和Vout間加一個(gè)發(fā)光二極管（5V）,檢驗(yàn)發(fā)光二極管在小球經(jīng)過平衡位置時(shí)是否 閃亮，可知小球是否在一個(gè)平面內(nèi)擺動(dòng)。2）集成霍耳傳感器與磁鋼之間距離在左右。若擺球擺動(dòng)時(shí)傳感器感應(yīng)不到信號(hào)，將擺球上 的磁鋼換個(gè)面裝上即可。請(qǐng)勿用