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单摆实验仪

复旦天欣 2008年6月17日 发表

  单摆在大学基础物理和中学物理教学中是个简单却又十分重要的实验,一根绳子和一个小球即可组成单摆实验并能大致估算当地的重力加速度。但这种实验在数据准确性及操作内容上都略显不足,不利于学生学习和了解单摆的运动过程及其原理。

  本实验仪器针对上述两方面不足进行研制:在实验准确性方面,采用激光触发的方式使电子计数器实现自动计时;在实验内容方面,增加测量大摆角下周期实验、增加测量摆长突变周期实验(选做或演示)。通过这些实验,学生能够掌握基本的实验操作,能够学会基本的实验思想,能够了解摆长、摆角及重力加速度相互间的关系。

  值得一提的是本实验仪采用伽利略外推法研究物理规律类似实验的思想,通过测量周期与摆角的关系,用外推法求得极小摆角时的振动周期。这种物理实验设计思想在物理实验教学中加以运用,取得了良好的效果,得到各高、中校师生的一致好评。

  应用本仪器可以完成以下实验:

•  固定单摆摆长测量振动周期,计算重力加速度;

•  逐次改变摆长,测出相应的周期,经直线拟合求出重力加速度,并验证摆长与振动周期平方成正比的关系;

•  测量周期与摆角的关系,并用外推至摆角为零的方法,精确测得摆角极小时的振动周期值,从而更精确地测定重力加速度;

•  研究单摆在大角度振动时,非线性效应的影响;

•  在摆动过程中增加障碍物,使得摆长发生突变,通过测量周期的方法,找出突变点的位置。

  本仪器可用于高校、中专、职校基础物理实验及设计性、研究性的物理实验,也可用于高中物理实验教学以及物理奥林匹克竞赛培训。

  仪器主要技术参数:

•  计时器实现自动计时,精度为 0.001s ,每次测量不确定度小于 0.003s ;

•  计数最大预置次数 60 次;

•  摆角的测量范围 0 ~± 45 °,精度 1 °;

•  摆长测量范围 60.0 ~ 80.0cm ,精度 0.1cm 。

 

 

  

 

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