实验七:探究单摆的运动、用单摆测定重力加速度;用单摆测定重力加速度
[实验目的]:利用单摆测定当地的重力加速度。
[实验原理]:单摆在摆角小于5°时的振动是简谐运动,其固有周期为
据此,只要测出摆长l和周期T,即可计算出当地的重力加速度值。
[实验器材]
铁架台(带铁夹),中心有孔的金属小球,约1m长的细线,米尺,游标卡尺(选用),秒表等。
[实验步骤]
1.在细线的一端打一个比小球上的孔径稍大些的结,将细线穿过球上的小孔,制成一个单摆。
2.将铁夹固定在铁架台的上端,铁架台放在实验桌边,使铁夹伸到桌面以外,把做好的单摆固定在铁夹上,使摆球自由下垂。
3.测量单摆的摆长l:用游标卡尺测出摆球直径2r,再用米尺测出从悬点至小球上端的悬线长l‘,则摆长l=l‘+r。
4.把单摆从平衡位置拉开一个小角度(不大于5°),使单摆在竖直平面内摆动,用秒表测量单摆完成全振动30至50次所用的时间,求出完成一次全振动所用的平均时间,这就是单摆的周期T。
5.将测出的摆长l和周期T代入公式
求出重力加速度g的值。
6.变更摆长重做两次,并求出三次所得的g的平均值。
[注意事项]
1.选择细绳时应选择细、轻又不易伸长的线,长度一般在1m左右,小球应选用密度较大的金属球,直径应较小,最好不超过2cm。
2.单摆悬线的上端不可随意卷在铁夹的杆上,应夹紧在铁夹中,以免摆动时发生摆长改变、摆线下滑的现象。
3.注意摆动时控制摆线偏离竖直方向不超过5°,可通过估算振幅的办法掌握。
4.摆球摆动时,要使之保持在同一个竖直平面内,不要形成圆锥摆。
5.计算单摆的振动次数时,应以摆球通过最低位置时开始计时,以后摆球从同一方向通过最低位置时,进行计数,且在数“零”的同时按下秒表,开始计时计数。
由于g;可以与各种运动相结合考查
本实验用到刻度尺、卡尺、秒表的读数(生物表脉膊),1米长的单摆称秒摆,周期为2秒
摆长的测量:让单摆自由下垂,用米尺量出摆线长L/(读到0.1mm),用游标卡尺量出摆球直径(读到0. 1mm)算出半径r,则摆长L=L‘+r
开始摆动时需注意:摆角要小于5°(保证做简谐运动);
摆动时悬点要固定,不要使摆动成为圆锥摆。
必须从摆球通过最低点(平衡位置)时开始计时(倒数法),
测出单摆做30至50次全振动所用的时间,算出周期的平均值T。
改变摆长重做几次实验,计算每次实验得到的重力加速度,再求这些重力加速度的平均值。
若没有足够长的刻度尺测摆长,可否靠改变摆长的方法求得加速度。