《單擺法測(cè)重力加速度的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)【特制材料】》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《單擺法測(cè)重力加速度的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)【特制材料】（23頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擺測(cè)重力加速度單擺測(cè)重力加速度 （設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）（設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）物理實(shí)驗(yàn)中心物理實(shí)驗(yàn)中心 1技術(shù)知識(shí)伽利略與單擺伽利略與單擺 有一次，伽利略信步來(lái)到他熟悉的比薩大教堂，他坐在一張長(zhǎng)凳上，目光凝視著那雕刻精美的祭壇和拱形的廊柱，驀地，教堂大廳中央的巨燈晃動(dòng)起來(lái)，是修理房屋的工人在那里安裝吊燈。這本來(lái)是件很平常的事，吊燈像鐘擺一樣晃動(dòng)，在空中劃出看不見(jiàn)的圓弧?？墒?，伽利略卻像觸了電一樣，目不轉(zhuǎn)睛地跟蹤著擺動(dòng)的吊燈，同時(shí)，他用右手按著左腕的脈，計(jì)算著吊燈擺動(dòng)一次脈搏跳動(dòng)的次數(shù)，以此計(jì)算吊燈擺動(dòng)的時(shí)間。這樣計(jì)算的結(jié)果，伽利略發(fā)現(xiàn)了一個(gè)秘密，這就是吊燈擺一次的時(shí)間，不管圓弧大小，總是一樣的。一開(kāi)始，吊燈擺

2、得很厲害，漸漸地，它慢了下來(lái)，可是，每擺動(dòng)一次，脈搏跳動(dòng)的次數(shù)是一樣的。伽利略的腦子里翻騰開(kāi)了，他想，書(shū)本上明明寫(xiě)著這樣的結(jié)論，擺經(jīng)過(guò)一個(gè)短弧要比經(jīng)過(guò)長(zhǎng)弧快些，這是古希臘哲學(xué)家亞里士多德的說(shuō)法，誰(shuí)也沒(méi)有懷疑過(guò)。難道是自己的眼睛出了毛病，還是怎么回事。伽利略像發(fā)了狂似的跑回大學(xué)宿舍，關(guān)起門(mén)來(lái)重復(fù)做這個(gè)試驗(yàn)。他找了不同長(zhǎng)度的繩子、鐵鏈，還有不知從哪里搞到的鐵球、木球。在房頂上，在窗外的樹(shù)枝上，著迷地一次又一次重復(fù)，用沙漏記下擺動(dòng)的時(shí)間。最后，伽利略不得不大膽地得出這樣的結(jié)論：亞里士多德的結(jié)論是錯(cuò)誤的，決定擺動(dòng)周期的，是繩子的長(zhǎng)度，和它末端的物體重量沒(méi)有關(guān)系。而且，相同長(zhǎng)度的擺繩，振動(dòng)的周期是一樣的

3、。這就是伽利略發(fā)現(xiàn)的擺的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的過(guò)程。2技術(shù)知識(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康模?）掌握實(shí)驗(yàn)原理及方法。學(xué)習(xí)根據(jù)什么以及如何選）掌握實(shí)驗(yàn)原理及方法。學(xué)習(xí)根據(jù)什么以及如何選擇實(shí)驗(yàn)儀器和量具擇實(shí)驗(yàn)儀器和量具（2）利用單擺測(cè)定重力加速度）利用單擺測(cè)定重力加速度g值，值，要求要求（3）分析受力情況，討論誤差原因，評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果。）分析受力情況，討論誤差原因，評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果。%5.0gE3技術(shù)知識(shí) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，就是要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，就是要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)器材，安排實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。器材，安排實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。它包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、設(shè)計(jì)實(shí)

4、驗(yàn)改進(jìn)方它包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要考察學(xué)生是否理解實(shí)驗(yàn)原理，是法等。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要考察學(xué)生是否理解實(shí)驗(yàn)原理，是否具有靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)的能力，是否具有在不同情境否具有靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)的能力，是否具有在不同情境下遷移知識(shí)的能力。下遷移知識(shí)的能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)4技術(shù)知識(shí) 學(xué)生通過(guò)完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可以了解科學(xué)研學(xué)生通過(guò)完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可以了解科學(xué)研究的思路、方法和步驟，使之具有嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)究的思路、方法和步驟，使之具有嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)密的科學(xué)思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，培養(yǎng)學(xué)度、嚴(yán)密的科學(xué)思想和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生分析問(wèn)題

5、和生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，能有效地解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，能有效地推動(dòng)學(xué)生科研立項(xiàng)活動(dòng)的開(kāi)展，為將來(lái)從事科學(xué)推動(dòng)學(xué)生科研立項(xiàng)活動(dòng)的開(kāi)展，為將來(lái)從事科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。研究打下良好的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)意義設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)意義5技術(shù)知識(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的四個(gè)原則實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的四個(gè)原則4.單因子變量原則單因子變量原則 單因子變量原則，即控制其他因素不變，只改變其中某一變量，單因子變量原則，即控制其他因素不變，只改變其中某一變量，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。除了整個(gè)過(guò)程中欲處理的實(shí)驗(yàn)因素外，其觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。除了整個(gè)過(guò)程中欲處理的實(shí)驗(yàn)因素外，其他實(shí)驗(yàn)條

6、件要求做到前后一致。他實(shí)驗(yàn)條件要求做到前后一致。3.平行重復(fù)原則平行重復(fù)原則 平行重復(fù)原則，即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重平行重復(fù)原則，即控制某種因素的變化幅度，在同樣條件下重復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的程度。復(fù)實(shí)驗(yàn)，觀察其對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的程度。任何實(shí)驗(yàn)都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標(biāo)志任何實(shí)驗(yàn)都必須能夠重復(fù)，這是具有科學(xué)性的標(biāo)志1.對(duì)照性原則對(duì)照性原則 在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，通常設(shè)置對(duì)照組，通過(guò)干預(yù)或控制研究對(duì)象以在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，通常設(shè)置對(duì)照組，通過(guò)干預(yù)或控制研究對(duì)象以消除或減少實(shí)驗(yàn)誤差，鑒別實(shí)驗(yàn)中的處理因素同非處理因素的差異。消除或減少實(shí)驗(yàn)誤差，鑒別實(shí)驗(yàn)中的處理因素同非處理因素的差異。

7、2.隨機(jī)性原則隨機(jī)性原則6技術(shù)知識(shí)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的一般步驟設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的一般步驟實(shí)驗(yàn)題目的提出實(shí)驗(yàn)題目的提出實(shí)驗(yàn)方法的選定實(shí)驗(yàn)方法的選定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇實(shí)驗(yàn)儀器的選擇實(shí)驗(yàn)步驟的擬定實(shí)驗(yàn)步驟的擬定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理提交報(bào)告提交報(bào)告7技術(shù)知識(shí)實(shí)驗(yàn)題目的提出和實(shí)驗(yàn)題目的提出和實(shí)驗(yàn)方法的選定實(shí)驗(yàn)方法的選定實(shí)驗(yàn)題目：實(shí)驗(yàn)題目：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣仍O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣瓤梢粤信e出很多測(cè)量重力加速度的方法：可以列舉出很多測(cè)量重力加速度的方法：?jiǎn)螖[、復(fù)擺、落球、滴水、小車(chē)?yán)嚬軉螖[、復(fù)擺、落球、滴水、小車(chē)?yán)嚬?怎樣從中選取合適的實(shí)驗(yàn)方法呢怎

8、樣從中選取合適的實(shí)驗(yàn)方法呢？可行性原則（成本低、易于操作）可行性原則（成本低、易于操作）準(zhǔn)確性原則準(zhǔn)確性原則選擇單擺法選擇單擺法8技術(shù)知識(shí)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理理想化模型：在一根不能伸長(zhǎng)、又沒(méi)有質(zhì)量理想化模型：在一根不能伸長(zhǎng)、又沒(méi)有質(zhì)量 的線(xiàn)的下端系一質(zhì)點(diǎn)的線(xiàn)的下端系一質(zhì)點(diǎn) 。懸掛小球的細(xì)線(xiàn)的伸縮和質(zhì)量可以忽略懸掛小球的細(xì)線(xiàn)的伸縮和質(zhì)量可以忽略,線(xiàn)長(zhǎng)又比球的線(xiàn)長(zhǎng)又比球的直徑大得多直徑大得多,這樣的裝置叫做單擺這樣的裝置叫做單擺.什么是單擺？什么是單擺？9技術(shù)知識(shí)單擺的回復(fù)力單擺的回復(fù)力回復(fù)力大小：回復(fù)力大?。篎mg sin在偏角很小時(shí)：在偏角很小時(shí)：有有Fk x（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件）（簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件）l

9、sin 很小時(shí)，有當(dāng)lxlOPlOP而lxsin有xlmg-F 即回復(fù)力可表示為：10技術(shù)知識(shí)單擺的周期單擺的周期T TglT2公式：22Tl4g11技術(shù)知識(shí)誤差等量分配的原則誤差等量分配的原則224TlgETlgg由誤差傳遞公式：由誤差傳遞公式：%5.0gE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求：誤差等量的分配在兩個(gè)直接測(cè)量量上誤差等量的分配在兩個(gè)直接測(cè)量量上，即，即TlTl2進(jìn)一步得到進(jìn)一步得到%2.02%5.021%4.02%5.022TlTl12技術(shù)知識(shí)待測(cè)量的設(shè)定及量具的選擇待測(cè)量的設(shè)定及量具的選擇%4.022lllBlAl1、擺長(zhǎng)、擺長(zhǎng)擺長(zhǎng)的設(shè)定不宜過(guò)長(zhǎng)，否則操作不便，且擺線(xiàn)質(zhì)量不可忽略擺長(zhǎng)的

10、設(shè)定不宜過(guò)長(zhǎng)，否則操作不便，且擺線(xiàn)質(zhì)量不可忽略也不宜過(guò)短，否則擺的過(guò)快不利計(jì)數(shù)，且擺角幅度不可控制也不宜過(guò)短，否則擺的過(guò)快不利計(jì)數(shù)，且擺角幅度不可控制以以0.5m-1.0m為宜為宜由誤差公式知，單次測(cè)量，由誤差公式知，單次測(cè)量，擺長(zhǎng)擺長(zhǎng)ml13儀B要求要求m007.0儀13技術(shù)知識(shí)常用測(cè)量長(zhǎng)度的儀器米尺（常用測(cè)量長(zhǎng)度的儀器米尺（1mm）、游標(biāo)卡）、游標(biāo)卡尺（尺（0.2mm）等都滿(mǎn)足這一要求）等都滿(mǎn)足這一要求因此選擇因此選擇 米尺米尺2、周期、周期待測(cè)擺長(zhǎng)確定以后，周期可估算待測(cè)擺長(zhǎng)確定以后，周期可估算如，如，1m擺，周期約擺，周期約2s%2.022TTTBTAT14技術(shù)知識(shí)若單次測(cè)量，則要求若

11、單次測(cè)量，則要求sTB004.0實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的機(jī)械秒表（實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的機(jī)械秒表（0.1s、0.2s），電子停表），電子停表（0.01s）都無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量要求）都無(wú)法滿(mǎn)足測(cè)量要求！分析原因：待測(cè)量太小分析原因：待測(cè)量太小解決辦法：累積放大解決辦法：累積放大-改測(cè)多個(gè)周期改測(cè)多個(gè)周期nTt 誤差公式變?yōu)椋赫`差公式變?yōu)椋?2.022nTttBtAt15技術(shù)知識(shí)若單次測(cè)量，則要求若單次測(cè)量，則要求002.0nTtB若用機(jī)械秒表若用機(jī)械秒表sB1.025002.01.0Tn測(cè)量周期數(shù)要求測(cè)量周期數(shù)要求 在實(shí)際操作中，起表停表都有一定的誤差，這個(gè)誤在實(shí)際操作中，起表停表都有一定的誤差，這個(gè)誤差估計(jì)在差估計(jì)在0.

12、2s左右，同時(shí)為了保證計(jì)數(shù)正確，應(yīng)多次測(cè)左右，同時(shí)為了保證計(jì)數(shù)正確，應(yīng)多次測(cè)量，引入了量，引入了A類(lèi)不確定度，所以類(lèi)不確定度，所以n應(yīng)不小于應(yīng)不小于50最終選定：最終選定：機(jī)械秒表機(jī)械秒表 測(cè)測(cè)50個(gè)周期個(gè)周期16技術(shù)知識(shí)實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器單擺測(cè)量?jī)x、游標(biāo)卡尺、米尺、秒表單擺測(cè)量?jī)x、游標(biāo)卡尺、米尺、秒表17技術(shù)知識(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、擺長(zhǎng)設(shè)定為、擺長(zhǎng)設(shè)定為1.0000m，測(cè)，測(cè)50個(gè)周期三個(gè)周期三 次，計(jì)算重力加速度次，計(jì)算重力加速度2、擺長(zhǎng)依次設(shè)定為、擺長(zhǎng)依次設(shè)定為1.0000m、0.9000m、0.8000m、0.7000m、0.6000m、0.5000m，測(cè)，測(cè)50個(gè)周期，用個(gè)周期，用作圖

13、法計(jì)算重力加速度作圖法計(jì)算重力加速度22410tlg18技術(shù)知識(shí)實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟（2）測(cè)量設(shè)定擺長(zhǎng)）測(cè)量設(shè)定擺長(zhǎng) 用游標(biāo)卡尺測(cè)定小球直徑，求得半徑用游標(biāo)卡尺測(cè)定小球直徑，求得半徑 用米尺量準(zhǔn)，設(shè)定總的擺長(zhǎng)用米尺量準(zhǔn)，設(shè)定總的擺長(zhǎng)（3）測(cè)量）測(cè)量50個(gè)周期的時(shí)間個(gè)周期的時(shí)間 用秒表精確測(cè)定用秒表精確測(cè)定50個(gè)周期時(shí)間，個(gè)周期時(shí)間，計(jì)數(shù)應(yīng)從平衡位置開(kāi)始計(jì)數(shù)應(yīng)從平衡位置開(kāi)始，記錄數(shù)據(jù)。，記錄數(shù)據(jù)。（1）單擺儀的調(diào)節(jié)）單擺儀的調(diào)節(jié) 調(diào)節(jié)單擺儀下右側(cè)的腳，使得擺線(xiàn)、校準(zhǔn)鏡調(diào)節(jié)單擺儀下右側(cè)的腳，使得擺線(xiàn)、校準(zhǔn)鏡 上的紅刻線(xiàn)擺線(xiàn)在鏡中的像，三線(xiàn)合一上的紅刻線(xiàn)擺線(xiàn)在鏡中的像，三線(xiàn)合一 19技術(shù)知識(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

14、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理1、一米擺、一米擺22410tlg224tlgEtlggtttBtAt22lllBl%ggEggggEg20技術(shù)知識(shí)2、變擺長(zhǎng)、變擺長(zhǎng)（1）作圖）作圖2tl（2）在直線(xiàn)上取點(diǎn)）在直線(xiàn)上取點(diǎn)A、B求得斜率求得斜率KKg2410AB21技術(shù)知識(shí)課后作業(yè)課后作業(yè)1、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究海拔高度對(duì)重力加速度的影響、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究海拔高度對(duì)重力加速度的影響 分別在一樓和五樓用單擺測(cè)重力加速度分別在一樓和五樓用單擺測(cè)重力加速度2、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究不同材質(zhì)小球?qū)χ亓铀俣葴y(cè)量的、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究不同材質(zhì)小球?qū)χ亓铀俣葴y(cè)量的影響影響 分別用木球、鋁球、鋼球做擺球測(cè)重力加速度分別用木球、鋁球、鋼球做擺球測(cè)重力加速度22技術(shù)知識(shí)秋千風(fēng)鈴吊燈擺鐘23技術(shù)知識(shí)