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        Origin 8.0軟件在單擺實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

        2013-10-25 02:47:02訾振發(fā)章韋芳王明美
        大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 2013年1期
        關(guān)鍵詞:單擺細(xì)線大學(xué)物理

        訾振發(fā),于 淼,趙 敏,章韋芳,王明美

        (合肥師范學(xué)院,安徽 合肥 230601)

        單擺實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中是一個(gè)經(jīng)典的力學(xué)實(shí)驗(yàn)。近年來(lái)一些物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者已經(jīng)對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入的研究,包括單擺周期的近似計(jì)算方 法 優(yōu) 化[2-3]、實(shí) 驗(yàn) 裝 置 改 進(jìn)[4-6]和 大 角 度擺[7-11]。目前而關(guān)于Origin軟件在單擺實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用目前未見(jiàn)報(bào)道;另一方面,學(xué)生運(yùn)用Origin軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤,有關(guān)如何針對(duì)具體實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解決具體問(wèn)題方面的工作還有待進(jìn)一步研究。本文結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的單擺實(shí)驗(yàn),探討Origin8.0軟件[1]在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方面的具體應(yīng)用[12],目的是為了提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際水平和計(jì)算機(jī)輔助科學(xué)實(shí)驗(yàn)的水平。

        1 實(shí)驗(yàn)原理

        一根不能伸縮的細(xì)線,上端固定,下端懸掛一個(gè)小球,當(dāng)細(xì)線質(zhì)量遠(yuǎn)小于小球質(zhì)量,而且小球直徑又遠(yuǎn)小于細(xì)線的長(zhǎng)度時(shí),就可以把重球看作是一個(gè)不計(jì)細(xì)線質(zhì)量的質(zhì)點(diǎn)。如果把懸掛的擺球自平衡位置拉至一邊保持?jǐn)[角q<5°,擺球即在平衡位置左右作周期性擺動(dòng),這種裝置稱(chēng)為單擺,如圖1所示。

        當(dāng)擺角θ<5°時(shí),質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)可以近似地看作簡(jiǎn)諧振動(dòng),而簡(jiǎn)諧振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程可歸結(jié)為

        圖1 單擺受力分析示意圖

        因此單擺的運(yùn)動(dòng)周期

        因?yàn)闇y(cè)量一個(gè)周期的相對(duì)誤差較大,所以實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)量連續(xù)擺動(dòng)n個(gè)周期的時(shí)間t,即t=nT,本實(shí)驗(yàn)中n=10。

        2 數(shù)據(jù)測(cè)量與處理

        表1 擺角θ<5°時(shí)擺線長(zhǎng)l與周期T的表格

        圖2 使用Plot和Analysis命令處理數(shù)據(jù)的示意圖

        圖3 周期平方T2與擺長(zhǎng)l依賴(lài)關(guān)系

        3 結(jié) 論

        利用Origin 8.0作圖軟件對(duì)單擺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合處理,通過(guò)圖像斜率法計(jì)算了合肥本地的重力加速度,相對(duì)誤差約為0.004%,大大減小了利用坐標(biāo)紙手工繪圖等人為因素造成的誤差,極大程度地提高了工作效率,充分體現(xiàn)了該軟件在單擺實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中快速和精確的特點(diǎn)。因此將Origin 8.0軟件引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)將有助于提高物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

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