大學(xué)物理實驗教案2-單擺

1、大學(xué)物理實驗教案 實驗名稱單擺的研究教學(xué)時數(shù)2學(xué)時教學(xué)目的和要求1、掌握用單擺測定重力加速度的方法。2、研究單擺振動的周期和擺長的關(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)測量精度要求選擇合適的測量儀器和測量方法。教學(xué)重點1、用米尺和游標(biāo)卡尺測量擺長的方法。2、選擇合適的測量儀器和測量方法。3、使用秒表測量擺動周期的方法-測量寬度延展法。4、數(shù)據(jù)處理方法。教學(xué)難點1、選擇合適的測量儀器和測量方法。2、數(shù)據(jù)處理方法。教學(xué)內(nèi)容1、用單擺測定重力加速度的原理和公式2、根據(jù)測量精度要求選擇合適的測量儀器和測量方法3、米尺、游標(biāo)卡尺、秒表的正確使用方法4、使用秒表測量擺動周期的方法-

2、測量寬度延展法5、數(shù)據(jù)處理方法教學(xué)方法先講授，然后實際演示操作要點。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的問題做重點提示，學(xué)生可以根據(jù)操作中遇到的具體問題個別提問。時間分配講授50分鐘，學(xué)生操作50分鐘。板書設(shè)計實驗?zāi)康?、測量關(guān)系式、數(shù)據(jù)記錄表格。主要參考資料1、楊述武等，普通物理實驗（第四版）M. 北京：高等教育出版社，2007.2、鄭庚興，大學(xué)物理實驗M. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2004.3、黃水平，大學(xué)物理實驗M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.4、徐揚(yáng)子，丁益民，大學(xué)物理實驗M. 北京：科學(xué)出版社，2006.5、李蓉，基礎(chǔ)物理實驗教程M. 北京：北

3、京師范大學(xué)出版社，2008.實驗名稱：單擺的研究實驗?zāi)康模?掌握用單擺測定重力加速度的方法。2研究單擺振動的周期和擺長的關(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)測量精度要求選擇合適的測量儀器和測量方法。實驗儀器：單擺 秒表米尺 游標(biāo)卡尺實驗原理：用一根不能伸長的輕線懸掛一小球，作幅角很小的擺動就是一個單擺。設(shè)小球的質(zhì)量為，其質(zhì)心到擺的支點的距離為（擺長）。作用在小球上的切向力的大小為，它總指向平衡點。當(dāng)幅角0很小時，則，切向力的大小為，按牛頓第二定律，質(zhì)點的運動方程為 這是一簡諧運動方程，該簡諧振動角頻率的平方等于，由此得出單擺的振動周期T和擺動的角度之間存在下列關(guān)系 對于幅

4、角不超過50時，周期的實測值和小振動近似的結(jié)果的偏差就不會大于千分之一。若按這誤差要求用式測量重力加速度，必須把單擺的幅角控制在50之內(nèi)。實驗時，測量一個周期的相對誤差較大，一般是測量連續(xù)擺動個周期的時間，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，增大和對測量g有利。實驗內(nèi)容:（一）、測定重力加速度1、 單擺調(diào)整（1）實驗時，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、測量擺長選取擺長1m左右，用米尺測量擺線長l 6次，用游標(biāo)卡尺測擺球直徑d 6次，計算擺長L

5、=l+d/2.3、測量周期測出連續(xù)擺動50次的總時間t；共測6次。4、 計算重力加速度及其不確定度。 提示：（1）擺長應(yīng)是擺線加上小球的半徑。（2） 球的振幅小于擺長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動，測量不確定度可能小一些。（4） 當(dāng)擺錘過平衡位置時，按表計時，測量的不確定度可能小一些。（5） 為了防止數(shù)錯n值，應(yīng)在計時表開始按表時數(shù)零，以后每過一個周期，數(shù)1，2，n。（二）、研究擺長與周期的關(guān)系1、均勻地改變6次擺長，每次增加約10，測出相應(yīng)的連續(xù)擺動50次的總時間t； 2、計算出擺長L、周期和；3、在直角坐標(biāo)紙上繪制圖線，驗證簡諧振動的周期與擺長的關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)處

6、理（一）、 測定重力加速度測量序號擺線長度擺球直徑d/cm50個周期時間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實驗標(biāo)準(zhǔn)差s0.037640.0015060.138821. 擺長(1) 擺長的平均值 104.14167+2.402333/2=105.3428365cm（2）擺長的不確定度0