匀加速直线运动与单摆运动规律的研究.doc

中学物理实验与教学技能训练匀加速直线运动与单摆运动规律的研究实验仪器：电磁打点计时器，学生电源，节拍器，铁架台，带槽的木板，斜面木板，钢球，带底座的小旗子，米尺，长纸条；几个大小不同的的有孔小球，秒表，游标卡尺，细线若干，铁架台，计算机，计算机辅助物理实验系统等。一、 利用木板斜槽和节拍器研究初速度为零的匀加速直线运动1、 调制恰当的节拍，使得小球在到达底端前可以达到足够的节拍（4个节拍），手扶小球静止于斜槽上端，听到节拍器的某一声响的同时释放小球，然后跟随钢球在每次响铃时钢球所在位置放一个小旗子（包括起点）。之后重复实验，调整小旗均处在节拍器响铃时的位置。2、 测出各位置到起点的距离,，数据如表1所示：表 1 小旗位置数据位置点0（起点）123407.229.566.011.8计算得位移的比例是1：4.1：9.2：15.5，与理论比值1：4：9：16基本相符。3、 对此部分的想法：实验中我们重复了多次以调整小旗均处在节拍器响铃时的位置，但还是不能保证位置的高度准确性；再者，节拍器每次响的时候人的反应很难准确跟上，放置小旗放不准；第一次放置比较重要，由于之后的位移的不断放大，之后的误差会越来越大；所以，本实验只能粗略的验证初速度为零的匀加速直线运动的位移关系。二、 用电磁打点计时器和斜面小车研究匀加速直线运动，并测定小车加速度实验所用的示意图和所得纸带如图1、2所示，数据如表2所示：图 1利用电磁打点计时器和斜面小车研究匀加速直线运动图 2利用电磁打点计时器和斜面小车研究匀加速直线运动所得纸带表 2 研究匀加速直线运动所得纸带数据位置区间12345（）0.770.921.061.231.390.150.140.170.16()0.42250.4950.57250.655（）平均值为3.8753.6253.8754.125的推导：，将 和代入得：三、 利用电磁打点计时器测重力加速度实验如图3所示，所得纸带情况与图2所示，数据如表3：图 3 电磁打点计时器测重力加速度表 3 电磁打点计时器测重力加速度数据处理位置区间1234567（）0.921.281.652.062.452.863.260.360.370.410.390.410.4()0.73250.92751.12751.32751.53（）平均值9.75101010.125四、 利用计算机辅助实验系统探究单摆的振动规律1、 简谐振动的图象实验所得图像如图4：图 4 单摆的简谐运动图像现象：由图4可看出单摆的摆动是简谐运动。解释：因大头针与粗铜线间的电压变化对应了摆球相对平衡位置之间的处于变化中的位移，故系统所测量的电压变化曲线即可看做对摆球位移的直观描述。但因大头针在水中受到一定的阻尼，因此系统所测电压是逐渐减小的，即单摆其实做的是微小的阻尼运动。2、 单摆振动的等时性验证表 4 等时性验证数据第 9 页 共 9 页采样时间单摆周期2.60331.30173.9051.30185.20681.30116.50791.30127.80911.3019.11011.300110.41021.301211.71141.301213.01261.30114.31361.30115.61461.300816.91541.301118.21651.30119.51751.300820.81831.300922.11921.300723.41991.300924.72081.300826.02161.300527.32211.300428.62251.3006根据表4的数据作出等时性验证的图像如图5：由表4的数据和图5可以验证单摆振动的等时性。解释：，单摆的周期只与其摆长有关，与振幅、摆球质量等其它因素无关，实验中摆长基本稳定，所以单摆的周期基本不变。3、 探究单摆的振动周期与哪些因素有关实验数据如表5所示：由表5所示数据可验证单摆的周期只与其摆长有关，与振幅、摆球质量无关，即单摆周期公式（为摆长，为重力加速度）中，同一地点的只和有关。表 5 改变单摆的摆长、振幅、摆球质量后分别与先前对比周期原始值改变摆长后1.30172.34121.30182.34211.30112.34151.30122.33961.3012.3421.30012.34031.30122.33971.30122.33991.3012.33951.3012.33911.30082.33891.30112.33871.3012.33871.30082.33831.30092.33771.30072.33771.30092.33671.30082.33721.30052.33721.30042.33661.30062.3367周期原始值改变振幅后1.30171.30431.30181.30061.30111.30121.30121.30191.3011.30011.30011.30221.30121.30141.30121.30071.3011.30191.3011.30071.30081.30151.30111.3011.3011.30041.30081.30121.30091.3011.30071.30151.30091.3011.30081.30091.30051.30091.30041.30071.30061.3009周期原始值改变质量后1.30171.29611.30181.29591.30111.29631.30121.29611.3011.29561.30011.29571.30121.29611.30121.29561.3011.2961.3011.29591.30081.29561.30111.2961.3011.29561.30081.29541.30091.29561.30071.29561.30091.2951.30081.29531.30051.29541.30041.2951.30061.29514、 单摆法测重力加速度重复实验2三次得到周期的数据，处理如表6所示：表 6单摆法测重力加速度数据处理实验组序123T11.3011.30191.296T 21.3011.30071.2959T 31.30081.30151.2956T 41.30111.3011.296T 51.3011.30041.2956T 61.30081.30121.2954T 71.30091.3011.2956T 81.30071.30151.2956T 91.30091.3011.295T 101.30081.30091.2953T 111.30051.30091.2954T 121.30041.30071.295T 131.30061.30091.2951T 141.30051.30011.295T 151.30051.30091.2949T 161.30031.30061.2947T 171.30011.30111.295T 181.30061.30091.2946T 191.31.30051.2948T 201.29981.30071.2948T 211.30011.30081.2946周期平均值1.300591.3009141.295233摆长，为悬线长，为摆球直径（）9.897319.8923839.97935平均值（）9.923误差分析： 摆长的测量误差； 摆线只有一根，单摆在一定程度上有一种圆锥摆的迹象，影响周期的测量； 摆线是缠在铁架台的横杆上的，单摆摆动时摆长可能是变化的，从而使得周期变化，最后使得重力加速度有了误差。单摆教案教学目标：（一）知识与技能1. 掌握单摆这一理想化模型2. 知道单摆小角度摆动是简谐运动，3. 熟记单摆周期公式（二）过程与方法1. 掌握分析判断单摆小角度摆动是简谐运动的思路和方法2. 猜想和实验研究单摆的周期公式（三）情感态度与价值观培养尊重实验事实科学态度教学重点：单摆周期的研究和周期公式的应用教学难点：单摆小角度摆动是简谐运动的分析和判断教学过程：同学们，前面几节课，我们与弹簧振子为载体详细研究了简谐运动的运动特征和简谐运动的图像。在众多的机械振动中是不是只有弹簧振子的运动是简谐运动呢？当然不是。今天我们再来研究加一个典型的简谐运动单摆。（板书课题：单摆）其实摆动是比较复杂的，我们先研究最简单的摆动单摆。什么是单摆呢？（板书：一、单摆的构成）一根没有质量的细线，下挂一个质点构成理想的单摆理想化物理模型实际中是一根质量、伸缩可以忽略不计的细线下挂一个密度较大的金属小球构成单摆。单摆的运动特征是来回往复运动，一定有一个回复力，那么单摆的回复力是什么力提供？回复力有何特征呢？（板书：二、单摆的回复力） 边演示从网上搜到或自己制作的多媒体课件，边分析单摆的回复力得出：（板书）（板书）小角度摆动时：所以单摆在较小偏角摆动时：，对照简谐运动的回复力特征得：（板书：三、单摆在较小偏角摆动时是简谐运动）关于单摆在小角度摆动是简谐运动，还可以从单摆振动图像中得到证实。（演示多媒体课件：砂摆动运动描绘振动图像）既然单摆是简谐运动，那么它应该有简谐运动的特征量：周期T，频率f，振幅A等。我们研究一下单摆的周期（板书：四、单摆的周期）（演示多媒体课件比较研究单摆周期与振幅A、质量m、摆长L、重力加速度g的关系。）（板书： 单摆的周期与振幅A无关； 单摆周期与质量m无关； 单摆的周期随摆长的增大而增大； 单摆的周期随重力加速度g的增大而减小）定量实验研究单摆的周期（演示多媒体课件：实验测单摆周期）荷兰物理学家惠更斯总结出单摆周期公式（板书：五、单摆周期公式：）单摆有很多应用。（板书、六、单摆周期公式的应用：）单摆的等时性用来计时摆钟 可以调节摆长从而调节周期，计时很方便；由于单摆的周期T、摆长l很容易测定，可以间接（板书：测当地的重力加速度g）。（板书：七、举例）（根据时间情况讲解例1、例2、例3，过程略）例1、一座钟摆走得慢了，要