1.探究桿線擺。如圖雙線擺(如圖)也是一種單擺,它的優(yōu)點是可以把擺球的運動軌跡約束在一個確定的平面上。現(xiàn)把雙線擺的其中一根懸線,換成一根很輕的硬桿,組成一個“桿線擺”,如圖所示。桿線擺可以繞著懸掛軸OO'來回擺動,桿與懸掛軸OO'垂直,其擺球的運動軌跡被約束在一個傾斜的平面內(nèi)。某實驗小組為探究在相同擺長下、擺角很小時,“桿線擺”的周期T跟等效重力加速度的關(guān)系,設(shè)計了如下實驗:
(1)測量斜面傾斜角θ。如圖,鐵架臺上裝一重垂線。在鐵架臺的立柱跟重垂線平行的情況下把桿線擺裝在立柱上,調(diào)節(jié)擺線的長度,使擺桿與立柱垂直,則此時擺桿是水平的。把鐵架臺底座的一側(cè)墊高,立柱傾斜,繞立柱擺動的鋼球?qū)嶋H上是在一傾斜平面上運動。測出靜止時擺桿與重垂線的夾角為β,則該傾斜平面與水平面的夾角θ=
。
(2)測量周期T。讓桿線擺做小偏角下的振動,用停表測量完成20次全振動所用的時間t1則周期T=。同樣的操作進行三次,取平均值作為該周期的測量值。
(3)記錄數(shù)據(jù)。改變鐵架臺的傾斜程度,測出不同傾斜程度下斜面傾斜角θ的值以及該傾角下桿線擺的周期T,把各組θ和T的值填在實驗數(shù)據(jù)表格中。取g=9.8m/s2,計算a=gsinθ的值作為表格中的一列,再計算的值,得到表格中的另一列,如表所示:
次數(shù) |
斜面傾角θ(°) |
周期T/s |
等效重力加速度a=gsinθ/(m?s-2) |
/(?s) |
1 |
11.0 |
2.52 |
1.87 |
0.731 |
2 |
14.5 |
2.11 |
2.45 |
0.639 |
3 |
19.0 |
1.83 |
3.19 |
0.560 |
4 |
22.5 |
1.73 |
3.75 |
0.516 |
5 |
25.5 |
1.62 |
4.22 |
0.487 |
6 |
29.0 |
1.50 |
4.75 |
0.459 |
(4)數(shù)據(jù)處理。在圖中以周期T為縱坐標(biāo)軸、以
為橫坐標(biāo)軸建立坐標(biāo)系,并把以上表格中相應(yīng)的各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點、作圖。
(5)得出結(jié)論。根據(jù)該圖線可知:
。