大学物理实验教案2-单摆.doc
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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θ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l6次,用游标卡尺测摆球直径d6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/cm
50个周期时间t/s
/cm
/cm
l/cm
1
10.00
114.15
104.15
2.402
103.01
2
12.00
116.20
104.20
2.404
103.13
3
15.00
119.10
104.10
2.402
102.95
4
18.00
122.15
104.15
2.400
102.86
5
20.00
124.10
104.10
2.404
103.23
6
25.00
129.15
104.15
2.402
103.15
平均值
104.14167
2.402333
103.05500
实验标准差s
0.03764
0.001506
0.13882
1.摆长
(1)摆长的平均值
104.14167+2.402333/2=105.3428365cm
(2)摆长的不确定度
0.06020cm
0.001341cm
cm
(3)摆长
(105.343±0.060)cm
2.50个周期时间t
3.重力加速度
(9.790±0.026)m/s²
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- 关 键 词:
- 大学物理 实验 教案 单摆