大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教案2-單擺

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教案 實(shí)驗(yàn)名稱單擺的研究教學(xué)時(shí)數(shù)2學(xué)時(shí)教學(xué)目的和要求1、掌握用單擺測(cè)定重力加速度的方法。2、研究單擺振動(dòng)的周期和擺長(zhǎng)的關(guān)系。3、掌握米尺、游標(biāo)卡尺、秒表的正確使用方法。4、掌握根據(jù)測(cè)量精度要求選擇合適的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法。教學(xué)重點(diǎn)1、用米尺和游標(biāo)卡尺測(cè)量擺長(zhǎng)的方法。2、選擇合適的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法。3、使用秒表測(cè)量擺動(dòng)周期的方法-測(cè)量寬度延展法。4、數(shù)據(jù)處理方法。教學(xué)難點(diǎn)1、選擇合適的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法。2、數(shù)據(jù)處理方法。教學(xué)內(nèi)容1、用單擺測(cè)定重力加速度的原理和公式2、根據(jù)測(cè)量精度要求選擇合適的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法3、米尺、游標(biāo)卡尺、秒表的正確使用方法4、使用秒表測(cè)量擺動(dòng)周期的方法-

2、測(cè)量寬度延展法5、數(shù)據(jù)處理方法教學(xué)方法先講授，然后實(shí)際演示操作要點(diǎn)。教學(xué)手段學(xué)生操作，隨堂檢查操作情況。根據(jù)學(xué)生的操作情況將容易犯錯(cuò)的問(wèn)題做重點(diǎn)提示，學(xué)生可以根據(jù)操作中遇到的具體問(wèn)題個(gè)別提問(wèn)。時(shí)間分配講授50分鐘，學(xué)生操作50分鐘。板書設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測(cè)量關(guān)系式、數(shù)據(jù)記錄表格。主要參考資料1、楊述武等，普通物理實(shí)驗(yàn)（第四版）M. 北京：高等教育出版社，2007.2、鄭庚興，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2004.3、黃水平，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.4、徐揚(yáng)子，丁益民，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M. 北京：科學(xué)出版社，2006.5、李蓉，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教程M. 北京：北

3、京師范大學(xué)出版社，2008.實(shí)驗(yàn)名稱：?jiǎn)螖[的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?掌握用單擺測(cè)定重力加速度的方法。2研究單擺振動(dòng)的周期和擺長(zhǎng)的關(guān)系。3掌握米尺、游標(biāo)卡尺、秒表的正確使用方法。4掌握根據(jù)測(cè)量精度要求選擇合適的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)儀器：?jiǎn)螖[ 秒表米尺 游標(biāo)卡尺實(shí)驗(yàn)原理：用一根不能伸長(zhǎng)的輕線懸掛一小球，作幅角很小的擺動(dòng)就是一個(gè)單擺。設(shè)小球的質(zhì)量為，其質(zhì)心到擺的支點(diǎn)的距離為（擺長(zhǎng)）。作用在小球上的切向力的大小為，它總指向平衡點(diǎn)。當(dāng)幅角0很小時(shí)，則，切向力的大小為，按牛頓第二定律，質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為 這是一簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程，該簡(jiǎn)諧振動(dòng)角頻率的平方等于，由此得出單擺的振動(dòng)周期T和擺動(dòng)的角度之間存在下列關(guān)系 對(duì)于幅

4、角不超過(guò)50時(shí)，周期的實(shí)測(cè)值和小振動(dòng)近似的結(jié)果的偏差就不會(huì)大于千分之一。若按這誤差要求用式測(cè)量重力加速度，必須把單擺的幅角控制在50之內(nèi)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，測(cè)量一個(gè)周期的相對(duì)誤差較大，一般是測(cè)量連續(xù)擺動(dòng)個(gè)周期的時(shí)間，則，因此式中和不考慮誤差，因此的不確定度傳遞公式為從上式可以看出，在、大體一定的情況下，增大和對(duì)測(cè)量g有利。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:（一）、測(cè)定重力加速度1、 單擺調(diào)整（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，將儀器放置桌邊；（2）調(diào)節(jié)擺角板高度（距上端50cm），并使擺角板平面、鏡面、單擺底座的前表面及桌子側(cè)面平行；（3）調(diào)整立柱鉛直。2、測(cè)量擺長(zhǎng)選取擺長(zhǎng)1m左右，用米尺測(cè)量擺線長(zhǎng)l 6次，用游標(biāo)卡尺測(cè)擺球直徑d 6次，計(jì)算擺長(zhǎng)L

5、=l+d/2.3、測(cè)量周期測(cè)出連續(xù)擺動(dòng)50次的總時(shí)間t；共測(cè)6次。4、 計(jì)算重力加速度及其不確定度。 提示：（1）擺長(zhǎng)應(yīng)是擺線加上小球的半徑。（2） 球的振幅小于擺長(zhǎng)的十二分之一角度小于十五度（3） 握秒表的手和小球同步運(yùn)動(dòng)，測(cè)量不確定度可能小一些。（4） 當(dāng)擺錘過(guò)平衡位置時(shí)，按表計(jì)時(shí)，測(cè)量的不確定度可能小一些。（5） 為了防止數(shù)錯(cuò)n值，應(yīng)在計(jì)時(shí)表開(kāi)始按表時(shí)數(shù)零，以后每過(guò)一個(gè)周期，數(shù)1，2，n。（二）、研究擺長(zhǎng)與周期的關(guān)系1、均勻地改變6次擺長(zhǎng)，每次增加約10，測(cè)出相應(yīng)的連續(xù)擺動(dòng)50次的總時(shí)間t； 2、計(jì)算出擺長(zhǎng)L、周期和；3、在直角坐標(biāo)紙上繪制圖線，驗(yàn)證簡(jiǎn)諧振動(dòng)的周期與擺長(zhǎng)的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處

6、理（一）、 測(cè)定重力加速度測(cè)量序號(hào)擺線長(zhǎng)度擺球直徑d/cm50個(gè)周期時(shí)間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實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s0.037640.0015060.138821. 擺長(zhǎng)(1) 擺長(zhǎng)的平均值 104.14167+2.402333/2=105.3428365cm（2）擺長(zhǎng)的不確定度0