如何用单摆测量重力加速度

(1)用细线系住小球,挂在铁架上,让摆线自由下垂。勾缝:线要细,不易拉伸,球要用高密度小直径的金属球,减少空气阻力的影响。

摆线上端的悬挂点要固定,防止摆长变化。

(2)用米尺和游标卡尺测量摆长。

指向:挥杆长度应为悬挂点到球心的距离,即L = L+D/2;其中l是摆线从悬挂点到球体的长度,d是球体的直径。

用秒表测量摆球摆动30次的时间t,并计算周期t .

指向:为了减少计时误差,采用倒计时的方法,即当摆球从开启位置开始计数到平衡位置时,“3,2,1,0,1,2,3……”当按钮计数到“0”时,摆球振动30次。

从平衡位置开始计时是因为这里挥球速度最高,人判断它经过这个位置计时误差小。

为了减小系统误差,摆动角度A应小于5°,可用量角器粗略测量,或用直尺控制其振幅A与摆动长度L的比值。当A/l1米,偏转角不大于5°时,设金属球表面上悬挂点的长度为L,球的半径为r=D/2,摆线长度l=L+r不可忽略。

在实验过程中:

令人困惑的是钟摆通过平衡位置的次数和总振动次数。

易错:用镜像法求g的值,g≠k为g = 4π2/k;T=t/n和T=t/(n-1)也经常被误用,(前者表示设置平衡位置数字“0”开始计时,后者表示设置数字“1”开始计时)。

容易忘记小球半径省略或多加,悬挂点不固定;几次忘了测,G取平均值。

[实验结论]

从表中计算出的G来看,大约等于当时查到的标准G值,其有效数字至少是3位数。

3.实验灵活性

灵活度(1):换设备,用教学楼阳台代替铁平台,用绑了几米尼龙线的小挂锁代替摆球,用米尺只测一段摆线,用秒表测周期t仍测局部重力加速度。简要方法如下:如图2-46,将阳台上的挂点设为O,在挂锁附近的摆长上做一个红色标记。

T12 = 4π 2 (L1+L2)/g...①在悬点处放松(或折叠)一段线,然后测量OM = L2,Mo' = l0不变,则T2 = 4π 2 (L2+l0)/g...②.

由① ②公式得出:g = 4π2(L2+l 1)/(T12-T22)(其中t 1,T2测量方法同上)。

这个实验也可以用T2-l镜像法求解。

变化(2):改变设备和对象。在地球表面,借助电视,根据周期律,用机械表测量自由落体在月球表面的加速度。

一位物理学家通过电视观看宇航员登陆月球。他发现登月密封舱里挂着一个重物,它的挂绳长度和宇航员的身高差不多。于是他看了看表,记录了一段时间内重物通过最低点的次数,即使是G月,也知道他记录的是重物第一次通过最低点到n=30次的时间t是1分钟12。

T=t/[(n-1)/2]且T=2π√(L/g)。

变化(3):用秒表、卡尺和小钢珠粗略测量凹面镜(或凹透镜)的半径。简要方法如下:

将凹面镜水平放置,上面放一个小钢球,如图2-47所示。如果球滑动,不难证明它的振动完全类似于摆长为R-R的单摆的共振.

R=gT2/4π2+r from T=2π√((R-r)/g)与实验规程中描述的一样,R可以用卡尺测量。

变奏(4):用秒表和单摆测量地质矿产的密度。简要方法如下:

G=4π2l+T2从T=2π√(L/g)和G = 4/3g π r * *从mg=GMm/R2,ρ=3πl/(GT2R)其中L和T可以用实验室方法测得,R≈地球半径。

注意:这个公式ρ=3πl/(GT2R)不要和ρ=3π/(GT2)混淆,前者T是单摆测量的周期,后者T是卫星在行星表面运行的周期。

来自网络