单摆的周期实验报告.docx
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单摆的周期实验报告
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批改日期
深圳大学实验报告
课程名称：
大学物理实验（三）
课程编号：
实验名称：
基础设计性实验2
单摆的运动周期
学院：
组号指导教师：
报告人：
学号：
班级：
实验地点实验时间：
实验报告提交时间：
一、实验设计方案
1.1、实验目的
1.1.1.测量单摆的周期
1.1.2.研究摆线长短、摆线粗细、摆球质量或摆球体积对周期的影响
1.2、实验设计
1．2.1.1由实验原理可知，单摆运动的本质是简谐运动。
它的回复力是右重力的分力提供，一般来说，单摆运动的摆动角度围是：
α＜5°。
1.2.1.2测量单摆周期
思路：
单摆运动的本质是简谐运动，因此它的运动具有周期性，往返时间相同。
选择一个线长，摆球质量都一定的摆锤（L=75cmm=15g），测摆锤往返N次的时间T，则此单摆的周期为：
t=T/N.
但实验室中的光电门传感器记录的数据是单摆往返一个周期所用的时间，因此可以利用测量多个周期，求平均周期。
1.2.2单摆的周期。
要研究单摆的周期跟某一变量是否有关系，必须使其他变量或因素不变，因此须采取控制变量法。
1.2.2.1单摆的周期是否与摆线长度有关？
思路：
让摆球的质量（m=10g）、体积不变，摆动的幅度不变，摆线的粗细不变，取3根相同材料、长度不同（L1=47cm,L2=64cm,L3=75cm）的摆线和摆球分别从某一高度释放，α＜5°，利用传感器和Datastudio获得三次摆动的周期，进行比较。
1.2.2.2单摆的周期是否与摆球的质量有关？
思路：
众可能制约因素不变，取摆长相同（l=75cm）、质量不同（m1=5g,m2=10g,m3=15g）的摆球从同一高度释放。
利用传感器和Datastudio获得单摆周期，进行比较。
1.2.2.3单摆周期是否与摆线粗细有关？
思路：
众可能制约因素不变，取摆长相同、质量相同、摆线粗细不同（1-6根线）的摆球从同一高度释放，利用传感器和Datastudio获得单摆周期，进行比较
1.3选用仪器
仪器名称
型号
主要参数
用途
750接口
CI7650
阻抗1MΩ。
最大的有效输入电压围±10V
数据采集处理
计算机和DataStudio
CI6874
——
数据采集平台、数据处理
机械振荡驱动器
ME-8750
0.3-3Hz
驱动
光电门
ME-94F98A
5V
测量速度
直流电源
GPS—1850D
18V/5A
二、实验容及具体步骤：
2.1、设计实验装置，完成单摆周期测量（注意摆与摆长的选择，并保证单摆在同一平面上振动，研究摆长对周期的影响）
2.1.1打开DataStudio软件，创建一个新实验。
2.1.2在DataStudio软件的窗口中设置750接口的传感器连接，并设置采样率。
2.1.3在DataStudio软件的窗口打开一个图表。
2.1.4在机械振动平台上的A型支架及钢支架上挂上单摆（L=75cm,m=15g），在与摆球同一水平线的支架上安上光电门传感器
2.1.5将单摆从某一高度自由放下（摆动角度尽量符合α＜5°），然后启动光电门传感器，记录单摆的周期。
2.1.6记录数据，求平均周期
2.2.单摆的周期是否与长度有关?
2.2.1.1在2.1的实验装置不变，换成砝码m=10g，取三根长度分别为L=47cm,L=64cm,L3=75cm的细线。
2.2.1.2按2.1的步骤，分别测量三种单摆的周期，并记录数据
2.3单摆的周期是否与摆球的质量有关？
2.3.1取三种砝码：
m1=5g,m2=10g,m3=15g，L=75cm，按2.1的步骤，测量三种单摆的周期，并记录数据
2.4单摆的周期是否与摆线的粗细有关
2.4.1选择L=50cm，m=10g的单摆，设摆线的宽度为d，分别测了d,2d,3d,4d,5d,6d时的单摆周期，并记录数据
三、数据记录及数据处理
3.1m-15gL=75cm
由公式与数据得m测=74.9cm
ΔN=0.13%
平均值：
T=1.7371s
3.2.1m=10gL=75cm
由周期公式与数据得：
L=75.5cm
ΔN=0.67%
平均值：
T=1.7435s
3.2.2m=10gL=64cm
由周期公式与数据得：
m测=64.5cm
ΔN=0.8%
平均值：
T=1,6118s
3.2.2m=10gL=47cm
由周期公式与数据得：
m测=50.8cm
ΔN=8.1%
平均值：
T=1.4306s
3,3,1L=75cmm=5g
由周期公式与数据得：
m测=75.4cm
ΔN=0,5%
平均值：
T=1.7423s
3.3.2L=75cmm=10g
由周期公式与数据得：
L=75.5cm
ΔN=0.67%
平均值：
T=1.7435s
3.3.3L=75cmm=15g
当L=75cm，m=5g10g15g时
T1=1.7424sT2=1.7371sT3=1.7435s
平均值：
T=1.7410s
标准差：
ΔT=0.0028
理论值：
T=1.7382sΔN=0.16%
3.4L=50cmm=10g
d:
2d:
3d:
4d:
5d
:
6d：
d:
T=1.4319sL=50.9cm
2d:
T=1.4482sL=52.1cm
3d:
T=1.4079sL=49.2s
4d:
T=1.4669sL=53.4cm
5d:
T=1.4739sL=53.9cm
6d:
T=1.4306sL=50,8cm
平均值：
T=1.4432sL=51.7cm
理论值：
T=1.4192sL=50cm
ΔN（T）=1.6911%ΔN（L）=3.4%
四、实验结论
4.1当m=15gL=75cm时，单摆周期：
T=1.7371s
4.2.当m=10g时，L=47cm，T=1,4306s
L=64cmT=1.6188s
L=74cmT=1.7435s
4.3当L=75cm时m=5gT=1.7424s
m=10gT=1.7371s
m=15gT=1.7435s
平均值：
T=1.7410s标准差：
τ=0.0028
理论值：
T=1.7382sΔN=0.16%
4.4d:
T=1.4319sL=50.9cm
2d:
T=1.4482sL=52.1cm
3d:
T=1.4079sL=49.2s
4d:
T=1.4669sL=53.4cm
5d:
T=1.4739sL=53.9cm
6d:
T=1.4306sL=50,8cm
平均值：
T=1.4432sL=51.7cm
理论值：
T=1.4192sL=50cm
ΔN（T）=1.6911%ΔN（L）=3.4%
结论：
单摆的摆线线长对单摆的周期有影响，两者之间的关系符合周期公式：
当单摆的摆线线长确定时，单摆的摆球质量和摆线粗细对单摆周期基本没有影响。
五、实验总结.
本实验的实验结果符合单摆的周期公式，证明了利用单摆周期公式可以求得摆动幅度合理的单摆的周期。
在实验过程中，由于忽略了摆球自身的转动、左右方向的摆动，摆球宽度是时间测量的影响、以及摆线定点不固定的因素，造成了周期测量有了比较大的误差。
在2.2及2.3中所测得的数据只有三组，为得出较为精确的结论，应测量多组数据，建议在六组以上。
因此，此次实验的结论还是有较大的模糊性、不确定性。
指导教师批阅意见：
成绩评定：
实验设计方案
（40分）
实验操作与数据记录（30分）
数据分析与结果述（15分）
实验讨论（15）
总分
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