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宅家实验 用单摆测量重力加速度



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6、意志坚强的人能把世界放在手中像 泥块一 样任意 揉捏。 2020年 12月12 日星期 六下午 1时34 分45秒1 3:34:45 20.12.1 2

7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我 。。20 20年12 月下午 1时34 分20.12. 1213:3 4December 12, 2020
如果查询不到当地的重力加速度,海平面高度的重力 加速度可由以下公式给出:
g=9.7803(1+0.0053024sin²ψ-0.000005sin²2ψ) m/s² 式中ψ是当地的地理纬度。若考虑当地海拔,上述结 果还应该再除以一项(1+2h/R)。其中h为当地海拔,R为 地球平均半径,R=6370千米。 以北京市为例,纬度为北纬40°,平均海拔为43.71米, 代入计算得g=9.8015,实测值亦为: g=9.8015,二者相同。
四、实验内容和步骤 1.仪器的组装和调整
实验装置如图所示,在铁架 台上端用摆线悬挂一摆球,铁架 台下端固定一个激光光源,发光 方向与水平面平行。在摆球右侧 与摆球中心等高的位置固定智能 手机,使得激光的中心、摆球中 心和智能手机感光口处在同一水 平直线上。摆球摆动时(摆角小于5°),利用手机光线传 感器实时采集数据,从而获得摆球摆动的情况。
2.实验内容和步骤 (1).搭建实验装置; (2).测量摆球直径和细线长度,摆线长度
L=细线长度+摆球半径,L不小于60cm; (3).打开手机,运行软件phyphox-light; (4).使摆球离开平衡位置( ﹤5°),释放摆 球,
待摆动稳定后,用手机传感器记录单摆的运动 图像,测出连续摆动10次的时间10T,重复6次。 (5).将手机中的数据导出,用excel(或origin) 作图分析获得周期。
由于作用于小球的重力和绳子张力的合力必
沿着轨道的切线方向且指向平衡位置,其大小为:
f mg sin
设摆长为L,根据牛顿第二定律,并注意到
加速度的切线方向分量 a L
即得单摆的动力学方程:
d 2
dt 2

ml d 2 mg sin
dt 2
当 很小时,则 sin ,结果得:
d 2
dt 2
三 、实验原理 如图所示,将一根不可伸长而且质量可忽略
的细线上端固定,下端系一体积很小的金属小球, 绳长远大于小球的直径,将小球自平衡位置拉至 一边(摆角小于5°),然后释放,小球即在平衡 位置左右往返作周期性的摆动。
设小球的质量为m,摆点 O为极点,通过O且与地面垂 直的直线为极轴,逆时针方向 为角位移的正方向。

4、越是无能的人,越喜欢挑剔别人的 错儿。 13:34:4 513:34: 4513:3 4Saturday, December 12, 2020

5、知人者智,自知者明。胜人者有力 ,自胜 者强。 20.12.1 220.12. 1213:3 4:4513: 34:45D ecembe r 12, 2020
用单摆测量重力加速度
一 、实验目的 1.掌握用单摆测量重力加速度的方法,加深对
简谐运动规律的认识。 2.验证单摆的摆动周期的平方与摆长成正比。 3.正确进行数据处理和误差分析。 4.学习使用phyphox软件。 二 、实验仪器
细线、体积较小的重物、量角器(或带有 角度标注的纸板)、智能手机、phyphox软件 (或者秒表)、米尺。

1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.1 2.1220. 12.12Sa turday, December 12, 2020

2、阅读一切好书如同和过去最杰出的 人谈话 。13:3 4:4513: 34:4513 :3412/ 12/2020 1:34:45 PM

3、越是没有本领的就越加自命不凡。 20.12.1 213:34: 4513:3 4Dec-20 12-Dec-20
由上表数据可作T2-L图线,根据直线的斜率计
算加速度。查询当地的重力加速度实际值,分别计
算两种方法得到的重力加速度和实际值的相对误差。
附录I 用phyphox软件实际测量曲线
点击phyphox右上角三个小点,将数据导出, 并用Excel或者origin重新画图,以便分析数据。
附录II 重力加速度g的理论值
g
L
2
由上式可知单摆作简谐振动,其振动周期
T 2 2 L
g

g
4
2
L T2
因此,只需要测量出摆线长度L和周期T,利
用上式便可计算ห้องสมุดไป่ตู้力加速度g 。
可采取两种方法测量g:第一,选取某给定的
摆长L,利用多次测量对应的振动周期T,算出平
均值,然后求出g ;第二,选取若干个摆长 Li, 测出各对应的周期Ti ,作出 Ti2—Li图线,它是一 条直线,由该直线的斜率K可求得重力加速度。
(6).由上述结果计算重力加速度及其标准偏差; (7).更改摆长,再取5个摆长,要求不小于60cm,
重复以上步骤,每个摆长测三组数即可; (8).绘制周期平方与摆长的关系曲线 。若图线为
直线,则求出其斜率和重力加速度。 五、实验数据与处理 表1 摆线的长度L(细线长+摆球半径)
次数
1 2 3 4 5 6 平均
Sd
i 1
n 1
B INS
计算加速度:
g
4
2
L T2
计算g的标准偏差:
g (L)2 22(T )2
gL
T
g * g g
结果: g g g(m / s 2 )
n sd
表3 不同摆线长度对应的周期测量
次数 10T1 10T2 10T3
( )2
摆长L1
摆长L2
摆长L3
摆长L4
摆长L5
摆长L/m
L L L
Li
L 6
L 2A 2B
A t / n sd
Sd
n
(Li L)2
i 1
n 1
B INS (取最小分度值的一半)
表2 给定摆线长度,测量对应的周期
次数 1 2 3 4 5 6
10T/s

T/s
T T T
Ti
T 6
T 2A 2B
A t/
n
(Ti T ) 2
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