Лабораторная работа «Исследование колебаний математического маятника» (Иванова М.Г.)

Физика 9 класс

 Тема урока: Механика. Колебания и волны.

Лабораторная работа по теме «Измерение ускорения свободного падения

с помощью математического маятника»

 Иванова М.Г.

учитель физики высшей категории ГОУ СОШ №54

 Москва

2010

Сегодня мы будем делать лабораторную работу, которая называется «Измерение ускорения свободного падения с помощью математического маятника». Это важная тема в данной главе, мы говорили в п. 3 о том, что эту формулу для вычисления периода математического маятника  придется вычислять. Мы сегодня покажем на опыте, каким образом это происходит в экспериментальных установках и что эта формула дает. По названию лабораторной работы чувствуете, что мы можем эту замечательную величину (ускорение свободного падения), которая зависит от характеристик планеты, на которой мы ведем измерение, еще зависит от географической широты местности. Поэтому ее значение варьируется от широты к широте, поэтому ее значение очень важно знать для различных точных вычислений в технике. Потому что любой маятник, даже в часах, будет от этой величины зависеть. Поэтому необходимо уметь это делать не только для того, чтобы быть образованным человеком, еще чтобы отлично сдать ЕГЭ. Итак, цель нашей работы – научиться измерять ускорение свободного падения с помощью математического маятника. Приборы, материал, которые будут использоваться в этой работе. Посмотрим на главное действующее лицо – математический маятник. Это небольшое тело, закрепленное на длинной нити. Чтобы компенсировать небольшую длину, мы будем запускать маятник на небольшую амплитуду, от положения равновесия, говорят, на небольшой угол колебаний. Покажу, как будет все происходить. Напоминаю, что период колебаний – время, которое необходимо телу, чтобы занять первоначальное положение. Будем считать период колебаний всегда, когда тело будет занимать крайнее правое положение. Чтобы определить время колебаний, будем пользоваться секундомером. Секундомер электронный, он работает следующим образом. Я буду нажимать в нужный момент на старт – запускается время, и буду потом выключать его. Кнопка сброса позволяет начинать опыты заново. Итак, я буду нажимать на кнопку, запускать время, считать колебания. Чтобы найти период колебаний, нам необходимо будет время нескольких колебаний разделить на число колебаний, и мы будем находить так период. Как мы будем измерять длину маятника? Для этого мы воспользуемся простой сантиметровой лентой с ценой деления в 1 мм. Соответственно измерение мы будем проводить с точностью до 1 мм. Измеряем от середины маятника до точки подвеса – 35 см 2 мм. Это важное значение. Мы его тоже сейчас фиксируем, меняться оно в течение опыта не будет. Нам необходим микрокалькулятор, потому что значение периода будет до сотых секунд, поэтому он нам поможет. Таблица результатов содержит в себе несколько столбцов:

Формула вот . Вместо длины маятника сразу, т.к. она фиксированная константа, пишем 0,352, .

Здесь помечаю, что это длина маятника, выраженная в метрах, как нужно нам в системе СИ, измерили мы ее с помощью рулетки, l = 0,352 м = 35,3 см.

Итак, начинаем вычисление. Запускаем маятник, запускаем секундомер. Мы провели измерения, давайте запишем их в таблицу. Было 6 колебаний полных, все это происходило за 7,21 с. Если мы сейчас разделим период, получится 1,20 с точностью до сотых. Теперь вычислим ускорение свободного падения по формуле. Вы знаете, что ускорение на нашей широте 9,8 м/с². У нас получилось немного меньше, но и измерения некоторой неточностью происходят. Есть системные ошибки, есть приборные ошибки, поэтому, чтобы повысить точность эксперимента, необходимо сделать несколько вычислений, что вы могли бы сделать дома, пользуясь собственным секундомером. При округлении этой величины и 9,8 мы получаем 10, т.е. мы используем всегда 10 м/с². Для наших несерьезных экспериментов этого достаточно. Надеюсь, вам было все понятно и вы научились измерять важную физическую величину. Спасибо за внимание.