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中瑞祥解析新型FD-DB-II單擺實驗儀實驗?zāi)康囊约坝猛?/h1>
時間:2024/6/17閱讀:338
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新型FD-DB-II單擺實驗儀實驗?zāi)康囊约坝猛?/p>

單擺實驗在大學(xué)基礎(chǔ)物理和中學(xué)物理教學(xué)中都是一個必做實驗,以往此實驗都限于單擺在小角度內(nèi)做近似等周期擺動的情況下,測量小球振動周期,一般不涉及周期與擺角之間的關(guān)系。要研究此二者間關(guān)系就必須在不同擺角,甚至大擺角下進(jìn)行周期測量。傳統(tǒng)方法的周期測量用手控秒表計時,測量誤差較大。為了降低誤差,必須采用多周期測量后取平均值的方法,由于空氣阻尼的存在,擺角隨時間的延長而衰減,因此無法精確測得大角下擺動周期的準(zhǔn)確值。采用集成開關(guān)型霍耳傳感器和電子計時器實現(xiàn)自動計時之后,能夠在很短幾個振動周期內(nèi)準(zhǔn)確測得單擺在大角下的周期,這樣可以忽略空氣阻尼對擺角的影響,使研究周期與擺角關(guān)系的實驗得以順利進(jìn)行。在得到周期與擺角的關(guān)系后,可以用外推至擺角為零的方法,精確測得擺角極小時的振動周期值,從而更精確地測定重力加速度。

  本實驗儀采用伽利略外推法研究物理規(guī)律的實驗思想,通過測量周期與擺角的關(guān)系,用外推法求得極小擺角時的振動周期,這種設(shè)計思想在物理實驗教學(xué)中加以運用,取得了良好的效果。

應(yīng)用本實驗儀可以完成以下實驗:

1. 固定單擺擺長測量振動周期,計算重力加速度;也可逐次改

變擺長,測出相應(yīng)的周期,經(jīng)直線擬合求出重力加速度,并可驗證擺長與振動周期平方成正比的關(guān)系。

2.用集成霍耳開關(guān)測得周期與擺角的關(guān)系,并可以用外推至擺

角為零的方法,精確測得擺角極小時的振動周期值,從而更精確

的測定重力加速度。

3.研究單擺在大角度振動時,非線性效應(yīng)的影響。

儀器主要技術(shù)參數(shù):

1. 霍耳開關(guān)導(dǎo)通距離 11mm

2. 計數(shù)最大預(yù)置次數(shù) 60

3. 計時分辨率 0.001S

 

 

 

 

一、概述

 

單擺實驗在大學(xué)基礎(chǔ)物理和中學(xué)物理教學(xué)中都是一個重要的實驗。以往此實驗都限于單擺在小角度(小于)內(nèi)做近似等周期擺動的情況下,測量小球振動周期,一般不涉及周期與擺角之間的關(guān)系。要研究此二者間關(guān)系就在不同擺角,甚至大擺角下進(jìn)行周期測量。傳統(tǒng)方法的周期測量用手控秒表計時,測量誤差較大。為了降低誤差,采用多周期測量后取平均值的方法,由于空氣阻尼的存在,擺角隨時間的延長而衰減,因此無法精確測得大角下擺動周期的準(zhǔn)確值。采用集成開關(guān)型霍耳傳感器和電子計時器實現(xiàn)自動計時之后,能夠在很短幾個振動周期內(nèi)準(zhǔn)確測得單擺在大角下的周期,這樣可以忽略空氣阻尼對擺角的影響,使研究周期與擺角關(guān)系的實驗得以順利進(jìn)行。在得到周期與擺角的關(guān)系后,可以用外推至擺角為零的方法,精確測得擺角極小時的振動周期值,從而更精確地測定重力加速度。

 

本實驗儀采用伽利略外推法研究物理規(guī)律類似的實驗思想,通過測量周期與擺角的關(guān)系,用外推法求得極小擺角時的振動周期。這種物理實驗設(shè)計思想在物理實驗教學(xué)中加以運用,取得了良好的效果。

 

實驗內(nèi)容

 

1) 驗證擺長與周期之間的關(guān)系,求出重力加速度g。

 

  2) 測量擺角與周期之間的關(guān)系,作關(guān)系圖,求出重力加速度g。

 

儀器用途

 

1) 本儀器可以通過固定單擺擺長測量振動周期,計算重力加速度g;也可逐次改變擺長,測出相應(yīng)的周期,經(jīng)直線擬合求出重力加速度g,并可驗證擺長與振動周期平方成正比的關(guān)系。

 

2) 用集成霍耳開關(guān)可測得周期與擺角的關(guān)系,并可以用外推至擺角為零的方法,精確測得擺角極小時的振動周期值,從而更精確地測定重力加速度。

 

3) 研究單擺在大角度振動時,非線性效應(yīng)的影響。

 

技術(shù)指標(biāo)    

 

1) 電子計時器實現(xiàn)自動計時,精度為0.001s,每次測量不確定度小于0.003s。

 

2) 預(yù)置半周期次數(shù)在0~66次范圍內(nèi),可任意調(diào)節(jié)計時次數(shù)(計數(shù)2次為1個周期)。

 

3) 集成霍耳開關(guān)應(yīng)放在小球正下方約1.0cm處,1.1cm為集成霍耳開關(guān)的導(dǎo)通(或截止)距離。

 

4) 電子計時器每計時一次,指示燈亮一次。

 

5) 本實驗儀取擺角<45°的范圍,較精確地反映周期與擺角之間的關(guān)系。

 

6) 本儀器采用鏡尺測量單擺擺長,可減少學(xué)生在測量時的視覺誤差,從而得到好的實驗效果。

 


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