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实验十三: 单摆周期的测量

【提出问题】
    做简谐运动的单摆的周期(或频率)是否和弹簧振子的周期一样,具有固定周期(或频率)的特点呢?

【猜想预测】
    探究影响单摆周期的因素可以从单摆的装置入手,单摆的装置包括细绳和小球。因此,影响单摆周期的因素可能有:细绳的长度(细绳的质量忽略)、小球的质量(小球的体积忽略)、小球摆到最高位置时绳子与竖直方向的夹角(叫做摆角)。

【实验设计】
    根据以上猜想,实验探究采取变量控制法。实验方案的设计和实验器材的选定应满足单摆做简谐运动的条件:细绳没有伸缩,小球的密度大,体积上,摆角小。

【实验目的】
    测量单摆的振动周期,验证单摆振动的等时性。

【实验原理】
    单摆的振动周期不随幅度改变而改变,即具有等时性。

【实验器材】
    思迈Prodigy Lab 数据采集器、将光电门传感器、计算机、单摆等。

【实验装置图】


【实验过程】
1.将光电门传感器接入数据采集器第一通道,确保传感器定位在单摆的平衡位置;挡光片类型在此实验中默认设置为“单摆”。
2.打开思迈Prodigy Lab实验平台,点击“光电门设置”,选择挡光片类型为“单摆”。
3.调整摆长和光电门传感器的位置,使摆球可通过光电门传感器并顺利挡光。
4.令摆球摆动,点击“开始读数”,表格将实时记录下单摆的周期,记录20个周期左右后,点击“结束”,停止记录数据。
5.观察实验结果,总结单摆振动周期的等时性规律。
6.更换不同长度的摆线,不同质量的摆球,研究单摆周期与上述两者的关系。

【数据分析】
    分析细绳的长度、小球的质量与单摆周期的的函数关系。

【实验拓展】
1.分析实验结果中存在误差的原因。
2.同样摆长的单摆,放在地球上的另一个地方,它的周期一样吗?

【注意】
     由于单摆在摆动时角度不能超过5°,故在用手拉摆球偏离平衡位置时,应在小于5度时释放。为了使摆球只在一个竖直平面内摆动,释放摆球时,不要发生旋转。

       
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