那么就可以用这两个单摆去研究周期和振幅的关系了,在做之前还要明确一点,振幅是不是可任意取?这个实验主要是为研究属于简谐运动的单摆振动的周期,所以摆角不要超过5°。
[演示2] 摆角小于 5°的情况下,把两个摆球从不同高度释放。
现象:摆球同步振动,说明单摆振动的周期和振幅无关。
刚才做过的两个演示实验,证实了单摆振动周期和摆球质量、振幅无关,那么周期和什么有关?由前所说这两个摆摆长相等,如果L不等,改变了这个条件会不会影响周期?
[演示3] 取摆长不同,两个摆球从某一高度同时释放,注意要α<5°。
现象:两摆振动不同步,而且摆长越长,振动就越慢。这说明单摆振动和摆长有关。具体有什么关系呢?经过一系列的理论推导和证明得到:
同时这个公式的提出,也是在单摆振动是简谐运动的前提下,即满足摆角α<5°。
条件:摆角α<5°
还可以根据这个周期公式测某地的重力加速度,由公式可知只要测出单摆的摆长、周期,就可以得到单摆所在地的重力加速度。
提问:由以上演示实验和周期公式,我们可知道周期与哪些因素有关,与哪些因素无关?
答:周期与摆长和重力加速度有关,而与振幅和质量无关。
单摆周期的这种与振幅无关的性质,叫做等时性。单摆的等时性是由伽利略首先发现的。(此处可以讲一下伽利略发现单摆等时性的小故事。)钟摆的摆动就具有这种性质,摆钟也是根据这个原理制成的,据说这种等时性最早是由伽利略从教堂的灯的摆动发现的。如果条件改变了,比如说(拿出摆钟展示)这个钟走得慢了,那么就要把摆长调整一下,应缩短L,使T减小;如果这个钟在北京走得好好的,带到广州去会怎么样?由于广州g,小于北京的g值,所以T变大,钟也会走慢;同样,把钟带到月球上钟也会变慢。
4.例题1如图为甲、乙两单摆的振动图象,则( )
A.由图象可知两单摆周期之比为2∶1
B.若甲、乙两单摆在同一地点摆动,则甲、乙两单摆的摆长之比l甲∶l乙=2∶1