钟摆物理实验室:答案与解释

介绍

摆是一根质量可忽略不计的弦的末端的一个质量，当它最初被移位时，在其最低点的重力影响下会前后摆动。钟摆有规律的运动可以用来计时。

问题

确定单摆的频率与其质量、振幅和长度之间的关系。

变量:

独立:振幅，质量，弦长
依赖:频率
控制:计时器、测试仪器、绳型、夹钳等。

材料

·效用站
·夹
·试管夹
·劈开式橡胶止水带
·字符串
·秒表
·米棒
·金属块(50g、100g、200g)

方法

1)创建数据表来记录信息。
2)收集材料并带到工作站。
3)取110cm的绳子，一端系200g的重物。它被放置在分裂橡胶塞和调整到100cm。然后夹住它，这样它就不会滑动。
4)摆幅设为10cm，释放。计时器记录了完成20个周期所花费的时间。试验重复2-3次，以确保准确性和频率。
5)重复步骤4-5，振幅分别为20cm和30cm。数据被记录。
6)然后计时器记录了摆长100cm，振幅10cm，质量50g, 100g, 200g，摆20个完整周期所需的时间。数据被记录。
7)最后计时器记录了用10cm的振幅和恒定质量完成20个完整的摆周期所需的时间。分别对100cm、80cm、60cm、40cm、20cm的长度进行计时并记录。

图1a:与实验中使用的摆仪功能相似的摆仪。

观察表

Δ振幅

质量(g)	字符串长度(厘米)	振幅(cm)	20周期(秒)	频率(赫兹)
One hundred.	One hundred.	10	40.26	0.497
One hundred.	One hundred.	20.	40.30	0.496
One hundred.	One hundred.	30.	40.57	0.493

Δ质量

质量(g)	字符串长度(厘米)	振幅(cm)	20周期(秒)	频率(赫兹)
50	One hundred.	20.	40.01	0.500
One hundred.	One hundred.	20.	40.30	0.496
200	One hundred.	20.	40.62	0.492

Δ字符串长度

质量(g)	字符串长度(厘米)	振幅(cm)	20周期(秒)	频率(赫兹)
One hundred.	One hundred.	20.	40.30	0.496
One hundred.	80	20.	36.52	0.548
One hundred.	60	20.	29.72	0.673
One hundred.	40	20.	24.98	0.801
One hundred.	20.	20.	17.87	1.112

讨论

在频率与振幅(100g)和质量与频率(安培:20cm)的斜率保持不变。这意味着频率和摆的振幅或质量之间没有相关性。如果我们以任何形式调整这两个变量中的任何一个都没有关系，频率将保持不变。

然而，在长度与频率之间，频率与长度之间存在负相关。这意味着通过增加摆的长度减少频率，反之亦然。这是影响摆频率的唯一因素，通过定性和定量观察是明显的。

钟摆弦的频率和长度通过长度的平方根相互反比。