大学物理实验教案2-单摆.doc

大学物理实验教案 实验名称单摆的研究教学时数2学时教学目的和要求1、掌握用单摆测定重力加速度的方法。2、研究单摆振动的周期和摆长的关系。3、掌握米尺、游标卡尺、秒表的正确使用方法。4、掌握根据测量精度要求选择合适的测量仪器和测量方法。教学重点1、用米尺和游标卡尺测量摆长的方法。2、选择合适的测量仪器和测量方法。3、使用秒表测量摆动周期的方法-测量宽度延展法。4、数据处理方法。教学难点1、选择合适的测量仪器和测量方法。2、数据处理方法。教学内容1、用单摆测定重力加速度的原理和公式2、根据测量精度要求选择合适的测量仪器和测量方法3、米尺、游标卡尺、秒表的正确使用方法4、使用秒表测量摆动周期的方法-测量宽度延展法5、数据处理方法教学方法先讲授，然后实际演示操作要点。教学手段学生操作，随堂检查操作情况。根据学生的操作情况将容易犯错的问题做重点提示，学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提问。时间分配讲授50分钟，学生操作50分钟。板书设计实验目的、测量关系式、数据记录表格。主要参考资料1、杨述武等，普通物理实验（第四版）M. 北京：高等教育出版社，2007.2、郑庚兴，大学物理实验M. 上海：上海科学技术文献出版社，2004.3、黄水平，大学物理实验M. 北京：机械工业出版社，2012.4、徐扬子，丁益民，大学物理实验M. 北京：科学出版社，2006.5、李蓉，基础物理实验教程M. 北京：北京师范大学出版社，2008.实验名称：单摆的研究实验目的：1掌握用单摆测定重力加速度的方法。2研究单摆振动的周期和摆长的关系。3掌握米尺、游标卡尺、秒表的正确使用方法。4掌握根据测量精度要求选择合适的测量仪器和测量方法。实验仪器：单摆 秒表米尺 游标卡尺实验原理：用一根不能伸长的轻线悬挂一小球，作幅角很小的摆动就是一个单摆。设小球的质量为，其质心到摆的支点的距离为（摆长）。作用在小球上的切向力的大小为，它总指向平衡点。当幅角0很小时，则，切向力的大小为，按牛顿第二定律，质点的运动方程为 这是一简谐运动方程，该简谐振动角频率的平方等于，由此得出单摆的振动周期T和摆动的角度之间存在下列关系 对于幅角不超过50时，周期的实测值和小振动近似的结果的偏差就不会大于千分之一。若按这误差要求用式测量重力加速度，必须把单摆的幅角控制在50之内。实验时，测量一个周期的相对误差较大，一般是测量连续摆动个周期的时间，则，因此式中和不考虑误差，因此的不确定度传递公式为从上式可以看出，在、大体一定的情况下，增大和对测量g有利。实验内容:（一）、测定重力加速度1、 单摆调整（1）实验时，将仪器放置桌边；（2）调节摆角板高度（距上端50cm），并使摆角板平面、镜面、单摆底座的前表面及桌子侧面平行；（3）调整立柱铅直。2、测量摆长选取摆长1m左右，用米尺测量摆线长l 6次，用游标卡尺测摆球直径d 6次，计算摆长L=l+d/2.3、测量周期测出连续摆动50次的总时间t；共测6次。4、 计算重力加速度及其不确定度。 提示：（1）摆长应是摆线加上小球的半径。（2） 球的振幅小于摆长的十二分之一角度小于十五度（3） 握秒表的手和小球同步运动，测量不确定度可能小一些。（4） 当摆锤过平衡位置时，按表计时，测量的不确定度可能小一些。（5） 为了防止数错n值，应在计时表开始按表时数零，以后每过一个周期，数1，2，n。（二）、研究摆长与周期的关系1、均匀地改变6次摆长，每次增加约10，测出相应的连续摆动50次的总时间t； 2、计算出摆长L、周期和；3、在直角坐标纸上绘制图线，验证简谐振动的周期与摆长的关系。实验数据处理（一）、 测定重力加速度测量序号摆线长度摆球直径d/cm50个周期时间t/s/cm/cml/cm110.00114.15104.152.402103.01212.00116.20104.202.404103.13315.00119.10104.102.402102.95418.00122.15104.152.400102.86520.00124.10104.102.404103.23625.00129.15104.152.402103.15平均值104.141672.402333103.05500实验标准差s0.037640.0015060.138821. 摆长(1) 摆长的平均值 104.14167+2.402333/2=105.342