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新型FD-DB-II單擺實驗儀實驗目的以及用途

單擺實驗在大學基礎物理和中學物理教學中都是一個必做實驗，以往此實驗都限于單擺在小角度內做近似等周期擺動的情況下，測量小球振動周期，一般不涉及周期與擺角之間的關系。要研究此二者間關系就必須在不同擺角，甚至大擺角下進行周期測量。傳統方法的周期測量用手控秒表計時，測量誤差較大。為了降低誤差，必須采用多周期測量后取平均值的方法，由于空氣阻尼的存在，擺角隨時間的延長而衰減，因此無法精確測得大角下擺動周期的準確值。采用集成開關型霍耳傳感器和電子計時器實現自動計時之后，能夠在很短幾個振動周期內準確測得單擺在大角下的周期，這樣可以忽略空氣阻尼對擺角的影響，使研究周期與擺角關系的實驗得以順利進行。在得到周期與擺角的關系后，可以用外推至擺角為零的方法，精確測得擺角極小時的振動周期值，從而更精確地測定重力加速度。

　　本實驗儀采用伽利略外推法研究物理規律的實驗思想，通過測量周期與擺角的關系，用外推法求得極小擺角時的振動周期，這種設計思想在物理實驗教學中加以運用，取得了良好的效果。

應用本實驗儀可以完成以下實驗：

1. 固定單擺擺長測量振動周期，計算重力加速度；也可逐次改

變擺長，測出相應的周期，經直線擬合求出重力加速度，并可驗證擺長與振動周期平方成正比的關系。

2．用集成霍耳開關測得周期與擺角的關系，并可以用外推至擺

角為零的方法，精確測得擺角極小時的振動周期值，從而更精確

的測定重力加速度。

3．研究單擺在大角度振動時，非線性效應的影響。

儀器主要技術參數：

1. 霍耳開關導通距離 11mm

2. 計數最大預置次數 60次

3. 計時分辨率 0.001S

一、概述

單擺實驗在大學基礎物理和中學物理教學中都是一個重要的實驗。以往此實驗都限于單擺在小角度（小于3°）內做近似等周期擺動的情況下，測量小球振動周期，一般不涉及周期與擺角之間的關系。要研究此二者間關系就在不同擺角，甚至大擺角下進行周期測量。傳統方法的周期測量用手控秒表計時，測量誤差較大。為了降低誤差，采用多周期測量后取平均值的方法，由于空氣阻尼的存在，擺角隨時間的延長而衰減，因此無法精確測得大角下擺動周期的準確值。采用集成開關型霍耳傳感器和電子計時器實現自動計時之后，能夠在很短幾個振動周期內準確測得單擺在大角下的周期，這樣可以忽略空氣阻尼對擺角的影響，使研究周期與擺角關系的實驗得以順利進行。在得到周期與擺角的關系后，可以用外推至擺角為零的方法，精確測得擺角極小時的振動周期值，從而更精確地測定重力加速度。

本實驗儀采用伽利略外推法研究物理規律類似的實驗思想，通過測量周期與擺角的關系，用外推法求得極小擺角時的振動周期。這種物理實驗設計思想在物理實驗教學中加以運用，取得了良好的效果。

實驗內容

1) 驗證擺長與周期之間的關系，求出重力加速度g。

  2) 測量擺角與周期之間的關系，作關系圖，求出重力加速度g。

儀器用途

1) 本儀器可以通過固定單擺擺長測量振動周期，計算重力加速度g；也可逐次改變擺長，測出相應的周期，經直線擬合求出重力加速度g，并可驗證擺長與振動周期平方成正比的關系。

2) 用集成霍耳開關可測得周期與擺角的關系，并可以用外推至擺角為零的方法，精確測得擺角極小時的振動周期值，從而更精確地測定重力加速度。

3) 研究單擺在大角度振動時，非線性效應的影響。

技術指標    

1) 電子計時器實現自動計時，精度為0.001s，每次測量不確定度小于0.003s。

2) 預置半周期次數在0~66次范圍內，可任意調節計時次數(計數2次為1個周期)。

3) 集成霍耳開關應放在小球正下方約1.0cm處，1.1cm為集成霍耳開關的導通（或截止）距離。

4) 電子計時器每計時一次，指示燈亮一次。

5) 本實驗儀取擺角<45°的范圍，較精確地反映周期與擺角之間的關系。

6) 本儀器采用鏡尺測量單擺擺長，可減少學生在測量時的視覺誤差，從而得到好的實驗效果。