新型FD-DB-II單擺實(shí)驗儀實(shí)驗目的以及用途

單擺實(shí)驗在大學(xué)基礎物理和中學(xué)物理教學(xué)中都是一個(gè)必做實(shí)驗，以往此實(shí)驗都限于單擺在小角度內做近似等周期擺動(dòng)的情況下，測量小球振動(dòng)周期，一般不涉及周期與擺角之間的關(guān)系。要研究此二者間關(guān)系就必須在不同擺角，甚至大擺角下進(jìn)行周期測量。傳統方法的周期測量用手控秒表計時(shí)，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(shí)間的延長(cháng)而衰減，因此無(wú)法精確測得大角下擺動(dòng)周期的準確值。采用集成開(kāi)關(guān)型霍耳傳感器和電子計時(shí)器實(shí)現自動(dòng)計時(shí)之后，能夠在很短幾個(gè)振動(dòng)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(guān)系的實(shí)驗得以順利進(jìn)行。在得到周期與擺角的關(guān)系后，可以用外推至擺角為零的方法，精確測得擺角極小時(shí)的振動(dòng)周期值，從而更精確地測定重力加速度。

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

應用本實(shí)驗儀可以完成以下實(shí)驗：

1. 固定單擺擺長(cháng)測量振動(dòng)周期，計算重力加速度；也可逐次改

變擺長(cháng)，測出相應的周期，經(jīng)直線(xiàn)擬合求出重力加速度，并可驗證擺長(cháng)與振動(dòng)周期平方成正比的關(guān)系。

2．用集成霍耳開(kāi)關(guān)測得周期與擺角的關(guān)系，并可以用外推至擺

角為零的方法，精確測得擺角極小時(shí)的振動(dòng)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(dòng)時(shí)，非線(xiàn)性效應的影響。

儀器主要技術(shù)參數：

1. 霍耳開(kāi)關(guān)導通距離 11mm

2. 計數最大預置次數 60次

3. 計時(shí)分辨率 0.001S

一、概述

單擺實(shí)驗在大學(xué)基礎物理和中學(xué)物理教學(xué)中都是一個(gè)重要的實(shí)驗。以往此實(shí)驗都限于單擺在小角度（小于3°）內做近似等周期擺動(dòng)的情況下，測量小球振動(dòng)周期，一般不涉及周期與擺角之間的關(guān)系。要研究此二者間關(guān)系就在不同擺角，甚至大擺角下進(jìn)行周期測量。傳統方法的周期測量用手控秒表計時(shí)，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(shí)間的延長(cháng)而衰減，因此無(wú)法精確測得大角下擺動(dòng)周期的準確值。采用集成開(kāi)關(guān)型霍耳傳感器和電子計時(shí)器實(shí)現自動(dòng)計時(shí)之后，能夠在很短幾個(gè)振動(dòng)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(guān)系的實(shí)驗得以順利進(jìn)行。在得到周期與擺角的關(guān)系后，可以用外推至擺角為零的方法，精確測得擺角極小時(shí)的振動(dòng)周期值，從而更精確地測定重力加速度。

本實(shí)驗儀采用伽利略外推法研究物理規律類(lèi)似的實(shí)驗思想，通過(guò)測量周期與擺角的關(guān)系，用外推法求得極小擺角時(shí)的振動(dòng)周期。這種物理實(shí)驗設計思想在物理實(shí)驗教學(xué)中加以運用，取得了良好的效果。

實(shí)驗內容

1) 驗證擺長(cháng)與周期之間的關(guān)系，求出重力加速度g。

  2) 測量擺角與周期之間的關(guān)系，作關(guān)系圖，求出重力加速度g。

儀器用途

1) 本儀器可以通過(guò)固定單擺擺長(cháng)測量振動(dòng)周期，計算重力加速度g；也可逐次改變擺長(cháng)，測出相應的周期，經(jīng)直線(xiàn)擬合求出重力加速度g，并可驗證擺長(cháng)與振動(dòng)周期平方成正比的關(guān)系。

2) 用集成霍耳開(kāi)關(guān)可測得周期與擺角的關(guān)系，并可以用外推至擺角為零的方法，精確測得擺角極小時(shí)的振動(dòng)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(dòng)時(shí)，非線(xiàn)性效應的影響。

技術(shù)指標    

1) 電子計時(shí)器實(shí)現自動(dòng)計時(shí)，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(shí)次數(計數2次為1個(gè)周期)。

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

4) 電子計時(shí)器每計時(shí)一次，指示燈亮一次。

5) 本實(shí)驗儀取擺角<45°的范圍，較精確地反映周期與擺角之間的關(guān)系。

6) 本儀器采用鏡尺測量單擺擺長(cháng)，可減少學(xué)生在測量時(shí)的視覺(jué)誤差，從而得到好的實(shí)驗效果。