9 класс
Лабораторная работа №3
Исследование зависимости периода колебаний пружинного маятника от массы груза и жесткости пружины
Цель работы
Выяснить, как зависят период и частота свободных колебаний нитяного маятника от его длины.
Оборудование
Штатив с муфтой и лапкой, шарик с прикреплённой к нему нитью длиной 130 см, протянутой сквозь кусочек резины 1, часы с секундной стрелкой или секундомер сотового телефона.
1 Кусочек резины (в данном случае ластик) используется для того, чтобы нить не выскальзывала из лапки штатива и чтобы можно было быстро и точно установить нужную длину маятника. Нить протягивается сквозь резину с помощью иголки.
Указания к работе
1. Соберите установку по рисунку 195. При этом длина маятника должна быть равна 5 см, как указано в таблице 5 для первого опыта. Длину l маятника измеряйте так, как показано на рисунке, т. е. от точки подвеса до середины шарика.
2. Для проведения первого опыта отклоните шарик от положения равновесия на небольшую амплитуду (1 - 2 см) и отпустите. Измерьте промежуток времени t, за который маятник совершит 30 полных колебаний. Результаты измерений запишите в таблицу 5.
Таблица 5
| Физическая величина | № опыта | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| l, см | 5 | 20 | 45 | 80 | 125 | |
| N | 30 | 30 | 30 | 30 | 30 | |
| t, с | ||||||
| Т,с | ||||||
| ν, Гц |
3. Проведите остальные четыре опыта так же, как и первый. При этом длину l маятника каждый раз устанавливайте в соответствии с её значением, указанным в таблице 5 для данного опыта.
4. Для каждого опыта вычислите и запишите в таблицу 5 значения периода T колебаний маятника.
Указание: при выполнении п. 4 и 5 штатив следует ставить на край стола, чтобы колебания маятника происходили над полом.
5. Для каждого опыта рассчитайте значения частоты ν колебаний маятника по формуле: ν = 1 / T или ν = N / T . Полученные результаты занесите в таблицу 5.
6. Сделайте выводы о том, как зависят период и частота свободных колебаний маятника от его длины. Запишите эти выводы.
7. Ответьте на вопросы.
Увеличили или уменьшили длину маятника, если:
а) период его колебаний сначала был 0,3 с, а после изменения длины стал 0,1 с;
б) частота его колебаний вначале была равна 5 Гц, а потом уменьшилась до 3 Гц?
Дополнительное задание
Выяснить, какая математическая зависимость существует между длиной маятника и периодом его колебаний.
Указания к работе
1. Пользуясь данными таблицы 5, вычислите и запишите приведённые в таблице 6 отношения периодов и длин (при вычислении отношений периодов округляйте результаты до целых чисел).
Таблица 6
2. Сравните результаты всех четырёх столбцов таблицы 6 и постарайтесь найти в них общую закономерность. На основании этого выберите из пяти приведённых ниже равенствте, которые верно отражают зависимость между периодом колебаний маятника T и его длиной l:
где k может принимать следующие значения: 2, 3, 4, 5; например, 
3. Из пяти приведённых ниже утверждений выберите верное.
При увеличении длины нити маятника в 4 раза период его колебаний:
а) увеличивается в 4 раза;
б) уменьшается в 4 раза;
в) увеличивается в 2 раза;
г) уменьшается в 2 раза;
д) увеличивается в 16 раз.
