Лабораторная работа № 4 «Изучение колебаний нитяного маятника» - Колебания и волны

Цели: проверить на практике справедливость теоретических соотношений по периоду колебаний нитяного маятника.

Оборудование: шарик на нити, штатив с муфтой и кольцом, измерительная лента, часы (или секундомер).

Ход урока

Данная лабораторная работа позволяет экспериментально подтвердить справедливость соотношения

Перед выполнением работы нужно пояснить, что далеко не каждый нитяной маятник совершает колебания с периодом, определяемым данной формулой. И это нужно будет проверить в работе.

Прежде всего необходимо определить цену деления измерительной ленты (линейки) и секундомера:

Ц_l = 0,1 см; Ц_t = 0,1 с.

Очень важно, чтобы ученики выбрали длину подвеса нити в пределах 1-2 м. Это позволит получить значения Т с наивысшей точностью.

При этом угол отклонения нити от вертикали не должен быть больше 5-7°.

Лабораторная работа выполняется по описанию в учебнике. Учащиеся высчитывают значения периода и частоты колебаний для n = 30 полных колебаний по формулам:

Когда значения Т и v будут определены, будет полезным сравнить их значения со значениями, которые были рассчитаны теоретически (в расчетах я можно принять равным 3,14, а коэффициент g = 9,8 Н/кг). Если эксперимент проводился качественно, то окажется, что измеренный период колебания будет примерно равен теоретически рассчитанному:

Вторая серия опытов проводится при длине нити маятника в 25-30 см, а угол отклонения маятника от вертикали равен 30-40°.

Рассчитывая подобным образом мы придем к явному расхождению в найденных значениях. Почему?

Оказывается, что любой закон справедлив в определенных рамках, выход за которые приводит к ошибочным результатам. Расчетная формула справедлива для нитяных маятников, которые совершают гармонические колебания. А они возникают в системе, если нить достаточно длинная и угол отклонения от вертикали мал, то есть угол а равняется (5-7)°.

Выполняя восьмой пункт работы, желательно провести три-четыре опыта. В целях экономии времени можно воспользоваться итогами двух предыдущих опытов для l₁ длиной (1-1,2) м, и l₂длиной (0,25-0,5) м, и добавить еще два, например, с l₃ - 0,5 м и l₄ = 0,7 м.

Получив четыре значения Т₁, Т₂, Т₃, Т₄, легко сделать вывод о зависимости T = f(l).

При написании выводов по работе следует отметить рамки применения формулы , те моменты в выполнении работы, которые приводят к погрешностям. Можно построить график зависимости Т = f(l) по четырем рабочим точкам.

Домашнее задание

1. Повторить § 17-19 учебника.

2. Два-три ученика (по желанию) готовят к следующему уроку сообщения о роли явления резонанса в технике и быту.

3. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 883.