精确测量单摆的周期

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1、精确测量单摆的周期在做中学物理实验测量单摆周期时，由于人的反应时间对摆球起、止位置判断上存在误差，使测量结果不够精确。尽管教材中采取了取平均值方法，但测量结果同样不完全准确。笔者以干簧管做控制信号，控制电子秒表计时，即可实现对单摆周期的精确测量。　　一、实验原理　　图1为实验室常用的金雀牌JD-3B（Ⅱ）型电子秒表（也可用其他型号），该秒表可记忆60个分段时间信息，可反复重读。在秒表复零状态下，按下S1，秒表开始计时，按S2时，秒表即进行分段计时，再按S1，秒表停止计时。　　图2为控制秒表计时的干簧管控制电路，

2、该电路按图示把a、b接线柱与电子秒表的按钮S2触发电路相连接。当干簧管接通瞬间，电路立即导通，这时相当于按下S2，电子秒表计时芯片得到触发脉冲而动作。　　二、器材组装并调试　　如图3所示，用塑料支架固定干簧杆呈竖直状态，并用细导线与干簧管的两端焊接在一起，为减少导线及其他装置对磁性摆球的影响，导线要尽可能的细，直接取实验室内一根直径约为0.1mm的铜丝即可，并且取出的导线要尽可能的长些。然后，打开电子秒表后盖，用细导线把a、b两端与电子秒表S2触发电路连接，注意：S2按钮下的两组铜箔中，高电位的一组和b端相连，

3、低电位的一组接a端，焊接时，把烙铁烧热之后断开电源用余温焊接，以防止静电感应损坏电子秒表的计时芯片，保留按钮S2，保证电子秒表原有调节功能正常，合上后盖。　　磁性摆球采用电磁式话筒中的柱形磁铁，直径为12mm，磁性较强，并用强力胶在其一端粘贴一挂钩，穿上钢性细线，摆线另一端固定在硬塑料架台上，即可为单摆，并且使摆球平衡时在干簧管的正上方。各装置按如图3所示位置摆放好以后，把滑动变阻器的阻值尽量滑到最大，按S1使秒表开始计时，这时由低到高缓慢调整干簧管的位置，当发现秒表开始分段计时时停止调节并用透明胶带把干簧管固

4、定在塑料支架上。　　三、实验过程　　1.按如图3所示组装并调整好装置。　　2.把摆球拉离平衡位置，注意摆角小于5°。　　3.待摆球摆动稳定以后，闭合控制电路电键K，并且按下S1，使秒表开始计时。　　4.磁性摆球每次经过干簧管上方时，秒表便记下相应的时间tn。　　5.测量n个时间以后，关闭电键K并按下S1，秒表停止计时。利用秒表的重现功能按下S3，即显示第一分段时间，再按S3即显示第二分段时间。依次按S3即依次显示第三次、第四次…，根据T=tn+2-tn计算单摆周期。　　通过分析，可以发现单摆的多组周期值，它们之

5、间的差别非常小（最大相差0.01s），因此可验证单摆周期的等时性。另外还可以排除实验过程中的偶然误差，如果发现某一周期的时间明显与其他周期所用时间有较大的差别，可能是由于桌子振动或风吹动单摆所造成的，这样的数据在处理时可以剔除，这样可以使测量单摆的周期更加精确。并且此装置还有一个优点，即当单摆若形成圆锥摆时，最低点就远离干簧管，则秒表就不再分段计时。也就是说此装置是还可以判断摆球是否做圆锥摆运动，使实验结果更精确。