FD-DB-II单摆试验仪实验仪说明书.doc

FD-DB-Ⅱ 新型单摆实验仪 说 明 书 上海复旦天欣科教仪器有限公司 中国 上海 FD-DB-Ⅱ新型单摆实验仪 说明书 一、概述 单摆实验在大学基础物理和中学物理教学中都是一个重要的必做实验。以往此实验都限于单摆在小角度（小于3°）内做近似等周期摆动的情况下，测量小球振动周期，一般不涉及周期与摆角之间的关系。要研究此二者间关系就必须在不同摆角，甚至大摆角下进行周期测量。传统方法的周期测量用手控秒表计时，测量误差较大。为了降低误差，必须采用多周期测量后取平均值的方法，由于空气阻尼的存在，摆角随时间的延长而衰减，因此无法精确测得大角下摆动周期的准确值。采用集成开关型霍耳传感器和电子计时器实现自动计时之后，能够在很短几个振动周期内准确测得单摆在大角下的周期，这样可以忽略空气阻尼对摆角的影响，使研究周期与摆角关系的实验得以顺利进行。在得到周期与摆角的关系后，可以用外推至摆角为零的方法，精确测得摆角极小时的振动周期值，从而更精确地测定重力加速度。 本实验仪采用伽利略外推法研究物理规律类似的实验思想，通过测量周期与摆角的关系，用外推法求得极小摆角时的振动周期。这种物理实验设计思想在物理实验教学中加以运用，取得了良好的效果。 二、用途 1) 本仪器可以通过固定单摆摆长测量振动周期，计算重力加速度g；也可逐次改变摆长，测出相应的周期，经直线拟合求出重力加速度g，并可验证摆长与振动周期平方成正比的关系。 2) 用集成霍耳开关可测得周期与摆角的关系，并可以用外推至摆角为零的方法，精确测得摆角极小时的振动周期值，从而更精确地测定重力加速度。 3) 研究单摆在大角度振动时，非线性效应的影响。 三、技术指标 1) HTM电子计时器实现自动计时，精度为0.001s，每次测量不确定度小于0.003s。 2) 预置半周期次数在0~66次范围内，可任意调节计时次数(计数2次为1个周期)。 3) 集成霍耳开关应放在小球正下方约1.0cm处，1.1cm为集成霍耳开关的导通 （或截止）距离。 4) 电子计时器每计时一次，指示灯亮一次。 5) 本实验仪取摆角45°的范围，较精确地反映周期与摆角之间的关系。 6) 本仪器采用镜尺测量单摆摆长，可减少学生在测量时的视觉误差，从而得到更好的实验效果。 四、装置与用法 以静止的单摆线为铅垂线，移动米尺上所附的平面镜，使悬点在平面镜上的水平横划线处成像。通过仔细调节，使悬点、横划线、悬点的像三点共线。记下横划线在米尺上的读数，即悬点位置。在平面镜上方装上传感器，再移动至摆球下方约1.0cm处即可。 如图1所示，在金属小球底部贴一块小型钕铁硼磁钢，调节摆线的长度，使磁钢产生的磁场能被传感器接收到。记下摆线的长度L1。调节计时器，预置开关次数（不宜太大，实验中可用10次，即5个周期）。将小球拉开一段距离，用调节好的水平直尺测量x（见图1）的距离，应用三角函数计算出摆角θ的大小。如图1所示，实验时水平直尺与点应尽可能在同一平面内，以消除视差。放开小球，让小球在传感器所在铅垂面内摆动，计时器自动计时，由于小球放手时的不一致性，因此在同一摆角处应多次测量，求其平均值，取不同的摆角，重复实验。 五、实验仪器 图2 计时计数毫秒仪 图3实验装置简图 1) 图 2所示为计时计数毫秒仪操作示意图 2) 图3为单摆实验仪装置简图 本试验仪采用UGN3109型集成开关霍耳传感器（简称：集成霍耳开关）与HTM电子计时器实现自动计时。如图4所示，集成霍耳开关应放置在小球正下方约处，为集成霍耳开关的导通（或截至）距离。钕铁硼小磁钢放在小球的正下方，当小磁钢随小球从集成霍耳开关上方经过时，由于霍耳效应，会使集成霍耳开关的端输出一个信号给计时器，计时器便开始计时。当磁钢经半个周期回复至平衡位置时，又产生一信号让计时器停止计时。所以单摆摆动1个周期，在计时器上反映2个周期。 HTM电子计时器精度为0.001s，采用单片机计时原理，有周期次数预置功能，从～66次，可以任意调节计时次数，以便按实验要求的精度进行周期测量。 六、注意事项 小球必须在与支架平行的平面内摆动，不可做椭圆 运动。检验办法是在集成霍耳开关的输出端，即V- 和Vout间 加一个发光二极管(5V)，检验发光二极 管在小球经过平衡位置时是否闪亮，可知小球是否 在一个平面内摆动。 2) 集成霍耳传感器与磁钢之间距离在1.0cm左右。 3) 若摆球摆动时传感器感应不到信号，将