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单摆的振动图像实验报告

日期:2013-12-2 17:14 阅读:100+
一、 研究的目的和意义
      以单摆的振动图象为基础,运用有关物理知识进行研究,力求得到一些新发现,新体会,扩展知识面,从而更好地理解相关物理知识。本题将通过传感器进行一系列的实验研究,以求能提高自身动手能力和逻辑思维能力。更能激发我们对物理的兴趣和组员之间的团结精神,相信这一次的研究实验必将带给我们新的思考。
二、 究的主要内容
      利用传感器描绘出单摆的实际振动图像,观察并理解简谐振动的"位移-时间"图像
三、 研究的主要方法
      实验研究法
四、 研究计划
      第一阶段
      此阶段为理论分析阶段。明确研究的目的和意义,为接下来的实验证明阶段确定研究方向。本阶段计划用1周,分以下几个步骤进行:
      1、确定研究课题
      2、查阅文献资料
      3、制定研究方案,撰写开题报告
      第二阶段
      此阶段为实验探索阶段。通过一系列的实验,结合组员间的讨论定下报告初稿,再通过指导老师的指导,进行补充修改。最后形成正式的研究报告。本阶段计划用1周时间,分以下几个步骤进行:
      1、 进行实验研究,取得实验数据
      2、 讨论、总结研究结果
      3、 撰写论文
      4、 制作幻灯片(ppt)
      5、 成果展示
五、实验过程
      1、实验原理
      在水槽中注入2CM深的自来水,以A、B、C三根粗铜线作电极,A、C两端加上9V的电压,在水中形成均匀电场,B点在A、C中间。摆球由接入电路的软导线悬挂,摆球正下端连接一细铜丝,由该细铜丝与水接触(阻力几乎可以忽略)。摆球的平衡位置与B点对应,当摆球振动时,离开平衡位置的位移x与匀强电场中沿场强方向的距离d相对应, U=Ed=Ex即细铜丝与粗铜线B之间的电压变化,对应了摆球相对于平衡位置之间的位移,故所测量的电压变化曲线即可看作对摆球平衡位置位移变化的直观描述。


      2、实验器材
      朗威DISLab、计算机、单摆球、软导线、大头针、水槽、粗铜线、稳压电源等。
      3、实验过程与数据分析
      (1) 将电压传感器接入数据采集器,选择"示波显示";
      (2) 连接好实验装置,电压传感器的鳄鱼夹与软导线和B点并联;
      (3) 调整单摆的高度,使之摆动过程中大头针针尖始终在水面以下;
      (4) 让摆球摆动,即可得到描述单摆振动的"电压-时间"图线,由实验原理可知,将纵轴转换成位移就可得到"位移-时间"图线。


      4、实验结论
      (1) 单摆在振动的过程中由于受到阻力的作用,振幅越来越小,是阻尼振动。
      (2) 单摆在振动的过程振幅的减小不影响单摆的等时性。

六、教师点评
      本实验将力学信号转换成电学信号,再通过传感器和电脑显示出单摆的位移随时间而变化的规律,实验原理十分巧妙,希望你们能够将实验原理表达得更清晰一些。
七、教师命题


      1、图1、图2是甲乙两个单摆振动时离开平衡位置的位移随时间变化的规律,分析这两个图,你可以得到哪些结论?
      2、从图1、图2中可知,甲乙两个单摆的周期不同,你认为是以下哪些因素影响了单摆的周期( ),并通过实验去验证你的想法。
      A、摆球质量 B、摆长 C、振动阻力 D、摆球运动速度
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