① 物理单摆运动的定义
首先由牛顿力学,单摆的运动可作如下描述:
单摆受到的重力矩为:
M = - m * g * l * Sin x.
其中m为质量,g是重力加速度,l是摆长,x是摆角。
我们希望得到摆角x的关于时间的函数,来描述单摆运动。由力矩与角加速度的关系不难得到,
M = J * β.
其中J = m * l^2是单摆的转动惯量,β = x''(摆角关于时间的2阶导数)是角加速度。
于是化简得到
x'' * l = - g * Sin x.
我们对上式适当地选择比例系数,就可以把常数l与g约去,再移项就得到化简了的运动方程
x'' + Sin x = 0.
因为单摆的运动方程(微分方程)是
x'' + Sin x = 0…………(1)
而标准的简谐振动(如弹簧振子)则是
x'' + x = 0………………(2)
我们知道(1)式是一个非线性微分方程,而(2)式是一个线性微分方程。所以严格地说上面的(1)式描述的单摆的运动并不是简谐运动。
不过,在x比较小时,近似地有Sin x ≈ x。(这里取的是弧度制。即当x -> 0时有Sin x / x = o(1)。)因而此时(1)式就变为(2)式,单摆的非线性的运动被线性地近似为简谐运动。
然后说一下为什么是5°。由于Sin x ≈ x这个近似公式只在角度比较小的时候成立(这一个可以从正弦函数的在原点附近的图象近似看出),所以只有在小角度下(1)式化作(2)式才是合理的。
事实上5°≈0.087266弧度,Sin 5°≈0.087155,二者相差只有千分之一点几,是十分接近的。在低精度的实验中,这种系统误差可以忽略不计(因为实验操作中的偶然误差就比它大)。但如果换成25°,误差高达百分之三,就不宜再看成是简谐振动了。
由于正弦函数的性质,这个近似是角度越小,越精确,角度越大越不精确。如果角度很大(比如60度处,误差高达17%),就完全不能说它是简谐振动了。
② 摆摆动的快慢与什么有关与什么无关
摆摆动的快慢与摆线的长短有关,摆摆动的快慢与摆锤的重量和摆幅无关。
摆线越长,摆摆动的就越慢.反之,摆摆动的就越快。同一个摆,单位时间内摆动的次数是不变的.摆动的快慢也是一定的,前提是同一个摆。
伽利略对摆动的探究,着名物理学家伽利略在比萨大学读书时,对摆动规律的探究,是他第一个重要的科学发现,有一次他发现教堂上的吊灯因为风吹而不停地摆动.尽管吊灯的摆动幅度越来越小,但每一次摆动的时间似乎相等。
通过进一步的观察,伽利略发现:不论摆动的幅度大些还是小些,完成一次摆动的时间(即摆动周期)是一样的.这在物理学中叫做“摆的等时性原理”。
各种机械摆钟都是根据这个原理制作的。后来,伽利略又把不同质量的铁块系在绳端作摆锤进行实验.他发现,只要用同一条摆绳,摆动周期并不随摆锤质量的影响.随后,伽利略用相同的摆锤,用不同的绳长做实验,最后得出结论:摆绳越长,往复摆动一次的时间(即摆动周期)就越长。
(2)为什么物理摆更精确扩展阅读:
皮亚杰的钟摆实验室要求儿童得出影响钟摆速率的因素。被试者中包括幼儿、小学生和中学生。 演示钟摆运动后,向被试者提供几种条件:
皮亚杰钟摆实验形式运算阶段的少年儿童,面对问题,经过思考,先提出几种可能影响钟摆运动速率的因素:一是摆锤的重量,二是吊绳的长度,三是钟摆下落点的高度,四是最初起动力的大小。
然后通过实验一一验证了这4个因素各自的影响作用(每次只改变一个因素,其他因素不变),结果得出了只有绳长改变才能影响钟摆运动的正确结论。
③ 摆钟为什么能精确计时与什么因素有关呢
摆钟的摆动周期仅仅取卜缺决嫌雀于型者辩绳子的摆长和重力加速度。 地球重力加速度固定,控制摆长可以调整周期来计时。
④ 单摆和物理摆测重力加速度哪个更精确
当然是物理摆……
单摆的等时性是近似的,摆幅比较大的时候,不是简谐振动;摆幅有差异时,不等时……
⑤ 初中物理实验进行多次测量有些是为了求平均值,使测得的数据更准确,有些是为了寻找普遍规律
求平均值:
摆的等时性、声速测距离、求物体运动的平均速度、求小g大小,伏安法测导体电阻明拍,测物体密度,等等
使实验结论更具普遍性:
光的反射规律、平面镜成像、光的折射规律、凸透镜成像、力的合成、二力平衡、探究杠杆平衡条件,探究液体内部压强,等等
多次测量取平均值的实验----测量值波动范围不大,基差槐返本是不变的。如测虚饥量一个铁块的质量;
多次测量寻找普遍规律的实验:探究平面镜成像特点、探究杠杆平衡条件等,测量的数值是变化的,通过数学分析找规律(正比啊、什么反比啊的)
⑥ 在一条长绳的一端系一个小铁块就做成了一个摆.要测出它摆动一个来回所用的时间,怎样能测得更准确
为了减小时间的测量误差,可以测出摆动20次所用的时间,然后除以20;改变摆线的长度可以改变单摆摆动一次所用的时间。
因此,本题正确答案是:测出摆摆动一个来回所用时间的方法是可以测出摆动20次所用的时间,然后除以20。
【解析】
1、掌握测量摆动一次所用时间的方法,测出摆动多次所用的时间,然后除以摆动的次数。
2、要改变单摆摆动一次所用的时间,需改变单摆摆线的长度。
3、单摆摆动一次所用时间与单摆的摆线长度有关。
(6)为什么物理摆更精确扩展阅读:
单摆是一种理想的物理模型,它由理想化的摆球和摆线组成.摆线由质量不计、不可伸缩的细线提供;摆球密度较大,而且球的半径比摆线的长度小得多,这样才可以将摆球看做质点,由摆线和摆球构成单摆.在满足偏角<10°的条件下:
T=2π√(L/g)
从公式中可看出,单摆周期与振幅和摆球质量无关.从受力角度分析,单摆的回复力是重力沿圆弧切线方向并且指向平衡位置的分力,偏角越大,回复力越大,加速度越大。
⑦ 初二物理题,关于“摆”实验!!
这是高中单摆的知识啊,由T=2π√(L/g) 与粗细无关的,与长历御短和重力加速度有关,第一问应该答不变,第二问答变大,第三问前烂码也不慧哪变。。。
⑧ 为什么物理单摆试验要选密度大的小球
密度大,那么在体积一定的时候质量就大,受到的空气阻力就相对于要小一些,这样实验结果就更准确!
⑨ 单摆与凯特摆测重力加速度哪个精确,为什么
1818年Kater设计出一种物理摆,他巧妙地利用物理摆的共轭点避免和减少了某些不易测准的物理量对实验结果的影响,提高了测量重力加速度的精度。19世纪60年代雷普索里德对此作了改进,成为当时测重力加速度的最精确方法。波斯坦大地测量所曾同时以五个Kater摆花了八年时间(1896-1904)测得当地重力加速度的值G = ( 981.274 ± 0.003 ) cm / s2 。凯特摆测量重力加速度的方法不仅在科学史上有重要价值,而且在实验设计思想上亦有值得学习的地方。
⑩ (物理)~~背囊中的物品有轻有重,怎样摆放更科学
从直觉上来说,应该是重的在下面。楼上两位朋友的分析也有道理。
但如果答案是重的在上面并且是正确的话,可以这样来分析一下:
1、重的在上面漏羡,自然重心就要高一些,我们在背上背囊站起来的过程中就要轻松一些。
2、重心越高,越容易控制平衡。你肯定看过杂技表演,一个演员头顶一根竹杆,竹杆顶端上还有一个人。由于重心很高,如果发生倾斜,倒下的时间较长,下面的人就很容易调整。反之,如果竹杆很短,下面的人就无法控制,演出只有失败。
3、人在背背囊的时候,上身肯定是向前倾的,其目的是为了让背囊的重心和人的重心在一条竖直线上。这样人是最轻松的。如果背囊的重心高,人的上身只需向前略倾一点就行。如果背囊的重心低,咐厅靠近腰部的话,人的上身就要往前倾很多。挺累人的。
好像道理越讲越通了。那就选重的在上面吧。
补充:
这段唬鼎杠刮蕲钙搁水功惊时间又想了一下这个问题,我觉得确实是应该把重的放在上面。
道理如上所述,再给举两个例子:
1.小时候在农村干活背背篓时,确实是要尽可能将背篓向上背一点。
2.每衡搜隐个人可能都背过小孩。当我们背小孩走路时,如果小孩滑下一点,我们是不是要把小孩往上捧一点?