2494

Определение ускорения свободного падения посредством математического маятника

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: определить ускорение свободного падения в поле тяготения Земли методом математического маятника.

Русский

2012-10-09

97 KB

51 чел.

Лабораторная работа.

Определение ускорения свободного падения посредством математического маятника.

Цель работы: определить ускорение свободного падения в поле тяготения Земли методом математического маятника.

Приборы и принадлежности: 1.Прибор FPM-07

2.Линейка с миллиметровыми делениями.

I. ТЕОРИЯ

1. Описание установки.

Универсальный маятник FPM-07 предназначен для исследования законов, по которым происходит колебательное движение математического маятника и определения значения земного ускорения. Принцип работы прибора основан на физических законах, определяющих колебания математического маятника, применимых при отклонениях маятника от положения равновесия (не более 6 – 7 градусов).

А) Устройство установки.

Общий вид математического маятника представлен на рисунке 1.

Основание (1) оснащено регулируемыми ножками(2), которые позволяют произвести выравнивание прибора. В основании закреплена колонка (3), на кото-рой зафиксирован верхний верхний кронштейн (4) и нижний кронштейн (5) с фотоэлектрическим датчиком (6).

Нижний кронштейн вместе с фотодатчиком фиксируется так, чтобы стержень, прикрепленный к шарику, перекрывал линию луча. Нижний кронштейн вместе с фотоэлектрическим датчиком можно перемещать вдоль колонки и фиксировать в произвольно избранном положении. Фотоэлектрический датчик соединен разъемом с привинченным к основанию универсальным миллисекундомером FPM-14 (8).

Вид лицевой панели миллисекундомера FPM-14 показан на рис.2.

На лицевой панели универсального миллисекундомера находятся следую-щие манипуляционные элементы:

/СЕТЬ/ - включатель сети. Нажатие этой клавиши включает питающее напряже-ние. Визуально это объявляется свечением цифровых индикаторов (высвечиваю-щих.цифры "нуль") и свечением лампочки фотоэлектрического датчика.

/СБРОС/ - установка нуля измерителя. Нажатие этой клавиши вызывает сброс схем миллисекундомера и генерирование сигнала разрешения на измерение.

/СТОП/- окончание измерения. Нажатие клавиши вызывает генерирование сигнала разрешения на окончание процесса подсчета.

Б) Диапазоны измерения и погрешности измерения : 

-максимальное количество измеряемых колебаний маятника ...... 99

-диапазон измеряемого времени 1-99999мс

-рабочая погрешность измерения времени, не больше ....... 0,02%

Питание прибора от переменного напряжения ....

2. Теория метода

Период колебаний математического маятника находится по формуле:

,   (1)

где L – расстояние от точки подвеса до центра тяжести системы шарик-нить,

g – ускорение свободного падения в данной точке на поверхности Земли.

=3,14.

Из формулы (1) можно определить g.  

 (2).

Таким образом, для определения ускорения свободного падения по формуле (2) достаточно знать L и g.

а) Измерение длины маятника.

Если учесть, что масса нити очень мала в сравнении с массой шарика, то центр тяжести системы шарик-нить находится в геометрическом центре шарика, то есть

  ,  (3)

где Z – длина нити подвеса (расстояние от точки подвеса до верхнего края шарика) ;

r – радиус шарика, r = d/2 , где d – диаметр шарика, определяемый при помощи штангенциркуля.

Т.к. измеряется период времени 50 колебаний, то период колебаний Т находится по формуле: .

Все измерения проделать не менее трех раз и результаты измерений занести в таблицу.

!!! Не забывайте, что результаты косвенных измерений мы рассчитываем по формулам, используя средние значения, полученных прямых измерений, и заносим в таблицу только один раз.

Погрешности косвенных измерений рассчитываются по формулам, которые предлагается вывести самостоятельно.

Z,

м

Z

r

rм

L,

м

t,

с

t,

c

T,

c

T,

c

g,

м/с2

g,

м/с2

(g/g)100%

1

2

3

Cp

3. Методика выполнения работы

1. Проверить вертикальность установки колонки.

2. Нижний кронштейн вместе с фотоэлектрическим датчиком установить в нижней части колонки, обращая внимание на то, чтобы верхняя часть кронштейна показывала на шкале длину не меньше 50 см.

3. Зафиксировать фотоэлектрический датчик в избранном положении.

4. Включить сетевой шнур установки в питающую сеть.

5. Нажать переключатель СЕТЬ, проверяя, все ли индикаторы измерителя показывают цифру "нуль" и горит ли лампочка фотоэлектрического датчика.

6. Привести математический маятник в движение, отклоняя его на 6-7 градусов от положения покоя.

7. Нажать клавишу СБРОС

8. После подсчёта измерителем 49 колебаний нажать клавишу - СТОП, записать показания миллисекундомера и счетчика периодов.

Контрольные вопросы:

1.Какие колебания совершает математический маятник?

  1.  Почему угол отклонения подвеса должен быть не больше 6-7 градусов?

3.В каких точках земной поверхности ускорение свободного падения g максимально, в каких минимально?

4.Чему равно ускорение свободного падения в центре Земли?

  1.  Распишите силы, действующие на математический маятник, и выведите формулу (1).
  2.  При каких условиях справедлива формула (1)?

 Рекомендуемая литература

1. Е.М. Гершензон и др. Курс общей физики. –М.: Просвещение, 1981.

:2. Александров Н.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики. Механика. М., Просвещение, 1978, с. 82-93.

3. Архангельский М.М. Курс физики. Механика. 1975. гл.4, § 3-6.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82216. Давайте жить мирно! 58.5 KB
  Внекласное мероприятие Давайте жить мирно проведённое в международный День мира направлено на формирование у учащихся чувства сострадания и отвращения к жестокости к жестоким историческим фрагментам во всем мире; на обучение осознанию своей ответственности за процесс обеспечения мира на всей планете.
82217. ДЕНЬ ПРАЦІВНИКА ОСВІТИ 1.09 MB
  Ведучий: Красива осінь вишиває клени, а перший день жовтня дарує нам тепле і радісне свято - День працівника освіти. Викладач... Одна з найважливіших професій. Вона – для обраних. Ви щодня стоїте перед прицілом сотень допитлитвих очей, палите, як хмиз, нерви, і все ж ведете нас на вищі сходинки пізнання.
82218. Воздух – среда нашего обитания 944.87 KB
  Цели: Практическая – учить использовать разные источники, в том числе Интернет (электронные словари и энциклопедии)для поиска необходимой информации. Совершенствовать навыки практической работы с лабораторным оборудованием.
82219. Дружба. Друг, товариш, приятель 1.47 MB
  Передаючи мікрофон діти по черзі висловлюють свою думку на рахунок даного запитання – кожен з них виокремлює по одній рисі характеру що притаманна другові. А як на вашу думку хто з казкових чи мультиплікаційних героїв є прикладом справжнього другадіти висловлюють власні припущення.
82220. Хліб – не просто їжа 273 KB
  Запитання: то з яким продуктом харчування ми зустрічаємося кожен день Сьогодні ми поговоримо з вами про найдорожче золото на землі хліб. Коли ж хліб вперше прийшов на стіл до людини Вченіархеологи різних країн світу після вивчення багатьох матеріалів підтвердили що першою хлібною рослиною треба вважати не жито і пшеницю а дуб.
82221. Еврика! Інтелектуальна гра у 10-11 класах 43 KB
  Як називається число при якому значення многочленна дорівнює нулю Які квадратні рівняння можна швидко розв’язати за допомогою теореми Вієта Назвіть відомі Вам способи розв’язування систем лінійних рівнянь Як називається графік квадратичної функції Коли дріб дорівнює нулю...
82222. Інтелект-шоу «ЕОМ – Еврика» 4.78 MB
  Головна мета нашого інтелект-шоу – розвинути пізнавальну діяльність учнів у області інформатики та інших предметів, знання яких необхідні при вивченні предмету, надати учням можливість продемонструвати ці знання, свою ерудицію та захоплення.
82223. Проведення реєстрації осіб, які виявили бажання пройти зовнішнє незалежне оцінювання. Робота з програмою створення заяви-реєстраційної картки 206.5 KB
  Мета уроку: ознайомити учнів з порядком реєстрації на зовнішнє незалежне оцінювання, навчити учнів користуватися програмою реєстрації на ЗНО, ознайомити учнів з правами та обов’язками осіб, які бажають взяти участь у ЗНО, розвивати в учнів самостійність, виховувати в учнів почуття відповідальності.
82224. Урок-тренинг «Здоровый образ жизни» 176.5 KB
  Нам всегда не хватает времени поговорить о наболевших вопросах поэтому сегодня в кругу друзей мы хотим поговорить о здоровом образе жизни. Упражнение От чего зависит здоровье Цель: определить что собственное поведение образ жизни является главнейшим фактором влияющим на здоровье человека.