中瑞祥解析高校科研新型FD-DB-II单摆实验仪实验目的以及用途

新型FD-DB-II单摆实验仪实验目的以及用途

单摆实验在大学基础物理和中学物理教学中都是一个必做实验，以往此实验都限于单摆在小角度内做近似等周期摆动的情况下，测量小球振动周期，一般不涉及周期与摆角之间的关系。要研究此二者间关系就必须在不同摆角，甚至大摆角下进行周期测量。传统方法的周期测量用手控秒表计时，测量误差较大。为了降低误差，必须采用多周期测量后取平均值的方法，由于空气阻尼的存在，摆角随时间的延长而衰减，因此无法精确测得大角下摆动周期的准确值。采用集成开关型霍耳传感器和电子计时器实现自动计时之后，能够在很短几个振动周期内准确测得单摆在大角下的周期，这样可以忽略空气阻尼对摆角的影响，使研究周期与摆角关系的实验得以顺利进行。在得到周期与摆角的关系后，可以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。

　　本实验仪采用伽利略外推法研究物理规律的实验思想，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，这种设计思想在物理实验教学中加以运用，取得了良好的效果。

应用本实验仪可以完成以下实验：

1. 固定单摆摆长测量振动周期，计算重力加速度；也可逐次改

变摆长，测出相应的周期，经直线拟合求出重力加速度，并可验证摆长与振动周期平方成正比的关系。

2．用集成霍耳开关测得周期与摆角的关系，并可以用外推至摆

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

的测定重力加速度。

3．研究单摆在大角度振动时，非线性效应的影响。

仪器主要技术参数：

1. 霍耳开关导通距离 11mm

2. 计数最大预置次数 60次

3. 计时分辨率 0.001S

一、概述

单摆实验在大学基础物理和中学物理教学中都是一个重要的实验。以往此实验都限于单摆在小角度（小于3°）内做近似等周期摆动的情况下，测量小球振动周期，一般不涉及周期与摆角之间的关系。要研究此二者间关系就在不同摆角，甚至大摆角下进行周期测量。传统方法的周期测量用手控秒表计时，测量误差较大。为了降低误差，采用多周期测量后取平均值的方法，由于空气阻尼的存在，摆角随时间的延长而衰减，因此无法精确测得大角下摆动周期的准确值。采用集成开关型霍耳传感器和电子计时器实现自动计时之后，能够在很短几个振动周期内准确测得单摆在大角下的周期，这样可以忽略空气阻尼对摆角的影响，使研究周期与摆角关系的实验得以顺利进行。在得到周期与摆角的关系后，可以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。

本实验仪采用伽利略外推法研究物理规律类似的实验思想，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。

实验内容

1) 验证摆长与周期之间的关系，求出重力加速度g。

  2) 测量摆角与周期之间的关系，作关系图，求出重力加速度g。

仪器用途

1) 本仪器可以通过固定单摆摆长测量振动周期，计算重力加速度g；也可逐次改变摆长，测出相应的周期，经直线拟合求出重力加速度g，并可验证摆长与振动周期平方成正比的关系。

2) 用集成霍耳开关可测得周期与摆角的关系，并可以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。

3) 研究单摆在大角度振动时，非线性效应的影响。

技术指标    

1) 电子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。

2) 预置半周期次数在0~66次范围内，可任意调节计时次数(计数2次为1个周期)。

3) 集成霍耳开关应放在小球正下方约1.0cm处，1.1cm为集成霍耳开关的导通（或截止）距离。

4) 电子计时器每计时一次，指示灯亮一次。

5) 本实验仪取摆角<45°的范围，较精确地反映周期与摆角之间的关系。

6) 本仪器采用镜尺测量单摆摆长，可减少学生在测量时的视觉误差，从而得到好的实验效果。