第一篇：單擺測重力加速度實驗報告

單擺法測量重力加速度

創(chuàng)建人：系統(tǒng)管理員

總分：100

一、實驗?zāi)康睦媒?jīng)典的單擺公式、給出的器材和對重力加速度 g 的測量精度的要求，進行簡單的設(shè)計性實驗基本方法的訓練，學會應(yīng)用誤差均分原理選用適當?shù)膬x器和測量方法，學習積累放大法的原理及應(yīng)用，分析誤差的來源，提出進行修正和估算的方法。

二、實驗儀器

提供的器材及參數(shù)：

游標卡尺、米尺、千分尺、電子秒表、支架、細線、鋼球、擺幅測量標尺、天平。

擺長 l≈70.00cm，擺球直徑 D≈2.00cm，擺動周期 T≈1.700s，米尺精度，卡尺精度，千分尺精度，秒表精度。人開、停秒表總反應(yīng)時間。

三、實驗原理

在本實驗中，實驗精度△g／g＜1%，故擺球的幾何形狀、擺的質(zhì)量、空氣浮力、擺角等因素對測量造成的修正項均是高階小量，可忽略。那么近似的周期測量公式為，故可通過誤差均分原理，在一定的測量范圍內(nèi)測量 T、L，從而求得重力加速度 g。

實驗設(shè)計：

由，得：，對兩邊取對數(shù)處理，有。

若要求，由誤差均分原理，就應(yīng)該有：

且 , 其中，，l 表示擺線長，D 表示擺球直徑。

那么，故選用米尺直接測量擺長，ΔL 即可滿足條件。

由于，即，將 T≈1.700s 代入，知一次測量若需達到要求的精度，需測量 個周期的時間。

除上述分析中提到的分析儀器外，還需選擇電子秒表、支架、細線、鋼球。

四、實驗內(nèi)容

1、按照實驗要求組裝好實驗儀器，電子秒表歸零； 2、多次測量擺長并記錄數(shù)據(jù)； 3、將擺球拉離平衡位置，角度小于 5 度，使其在同一水平面擺動 4、多次用電子秒表測量單擺 50 次全振動所需時間； 5、整理儀器； 6、數(shù)據(jù)處理和誤差分析。

計算涉及相關(guān)公式：

1)直接測量量的不確定公式

2)直接測量量不確定合成公式，3)不確定傳遞公式

4)相對誤差公式

五、數(shù)據(jù)處理

實驗內(nèi)容：單擺的設(shè)計和研究

總分值：80

得分：0 ★(1)原始數(shù)據(jù)

☆(不計分)本 實驗 所 測 得數(shù)據(jù)如下：

測量序號 1 2 3 4 5 單擺擺長/cm 69.60 69.70 69.75 69.95 70.00 50 個周期全振動時間/s 84.38 84.51 84.64 84.71 84.73

★(2)計 計 算 單擺擺長

計 算公式：平均值公式：

；標準差公式：

；不確定度公式：。

☆(10 分)擺長 的平均值 值 l(單 單 位：

：cm)=69.80

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“四舍五入”取值方式，保留 2 位小數(shù)點)，得 10 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 9 分

實際測量偏差在-10% ~ 10% 之間，有效數(shù)字正確(按照“四舍五入”取值方式，保留 2 位小數(shù)點)，得 8 分

實際測量偏差在-10% ~ 10% 之間，得 7 分

☆(5 分)擺長標 準差 Δl(單 位：cm)=0.152

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“四舍五入”取值方式，保留 2 位有效值)，得 5 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 4 分

☆(5 分)那么 擺長度 的不確定度 U(l)為(單 單 位：cm)=0.160

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“余位進一”取值方式，保留 2 位有效值)，得 5 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 4 分

★(3)計 計 算 單擺 周期 計 算公式：平均值公式：

；標準差公式：

；B類不確定度公式：

；周期不確定度公式：。

☆(10 分)單擺 周期平均值 值 T(單 單 位：s)=84.594

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“四舍五入”取值方式，保留 4 位有效值)，得 10 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 9 分

實際測量偏差在-10% ~ 10% 之間，有效數(shù)字正確(按照“四舍五入”取值方式，保留 4 位有效值)，得 8 分

實際測量偏差在-10% ~ 10% 之間，得 7 分

☆(5 分)單擺 周期 標 準差 ΔT(單 位：s)=0.1318

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“四舍五入”取值方式，保留 2 位有效值)，得 5 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 4 分

☆(5 分)測的 量周期的 B 類 類 不確定度(s)=0.004

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“四舍五入”取值方式，保留 2 位有效值)，得 5 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 4 分

☆(5 分)P=0.68，測 量 周期 的合成不確定度(s)=0.0673

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“余位進一”取值方式，保留 2 位有效值)，得 5 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 4 分

★(4)計 計度 算重力加速度 g 計 算公式：重力加速度公式：

；重力加速度不確定度公式：；不確定度轉(zhuǎn)換公式：

☆(10 分)根據(jù) 單擺 周期公式 計度 算重力加速度 g(單 單 位：)=9.77

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-1% ~ 1% 之間，有效數(shù)字正確(按照“四舍五入”取值方式，保留 4 位有效值)，得 10 分

實際測量偏差在-2% ~ 2% 之間，得 8 分

☆(10 分)當 當 P=0.68 時,g 的不確定度為 為 Ug(單 單 位：)=0.017

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“余位進一”取值方式，保留 2 位有效值)，得 10 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 9 分

實際測量偏差在-10% ~ 10% 之間，有效數(shù)字正確(按照“余位進一”取值方式，保留 2 位有效值)，得 8 分

實際測量偏差在-10% ~ 10% 之間，得 7 分

☆(5 分)當 當 P=0.997 時,g 的不確定度為 為 Ug(單 單 位 ：)=0.052

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“余位進一”取值方式，保留 2 位有效值)，得 5 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 4 分

☆(5 分)由以上數(shù)據(jù) 處 理 結(jié) 果可以知道，=0.0053

評分規(guī)則：

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，有效數(shù)字正確(按照“四舍五入”取值方式，保留 2 位有效值)，得 5 分

實際測量偏差在-5% ~ 5% 之間，得 4 分

☆(5 分)率 故取概率 p=0.997 時, 重力加度 速度 g 的最 終測 量 結(jié) 果的表達式為 為(單 單 位：)：

：=9.77 ±0.01

評分規(guī)則：

表達形式正確，得 5 分

表達形式錯誤，得 0 分

六、思考題

總分值：10 第 第 1 1 題、(總分值：5

本題得分：0)1.實驗中為了較小測量的誤差，操作中的注意事項有哪些？ 學生答案 ：

(1)擺動擺球時，要注意擺動是平面的，而不是錐形的。

(2)單擺擺線角度小于 5 度。

(3)為了減小測量周期的誤差，應(yīng)選擇擺球經(jīng)過最低點的位置開始計時。

標準答案：

(1)擺動擺球時，要注意擺動是平面的，而不是錐形的。

(2)單擺擺線角度小于 5 度。

(3)為了減小測量周期的誤差，應(yīng)選擇擺球經(jīng)過最低點的位置開始計時。

第 第 2 2 題、(總分值：5

本題得分：0)2.根據(jù)實驗結(jié)果，嘗試分析實驗中產(chǎn)生誤差的主要原因。

學生答案：

1）擺線長度測量的誤差。

（2）單擺周期的測量誤差。

標準答案：

1）擺線長度測量的誤差。

（2）單擺周期的測量誤差。

八、實驗總結(jié)

共 10 分，得 0 分

九、原始數(shù)據(jù)：

十、教師評語：

第二篇：單擺測重力加速度教案

用單擺測重力加速度教案

一、教學目的

1、知識與技能（1）、學生學會用單擺測定當?shù)氐闹亓铀俣?；?）、讓學生學會處理數(shù)據(jù)的方法；（3）、讓學生能正確熟練地使用秒表以及對新科技新技術(shù)的應(yīng)用。（4）、鞏固和加深對單擺周期公式的理解.2、過程與方法：

（1）學生發(fā)散思維、探究重力加速度的測量方法──明確本實驗的測量原理──組織實驗器材、探究實驗步驟──進行實驗──分析數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。這一條探究之路。（2）學習用累積法減小相對誤差的方法.3、情感態(tài)度與價值觀（1）、通過課堂活動、討論與交流培養(yǎng)學生的團隊合作精神。（2）、通過對振動次數(shù)的計數(shù)等培養(yǎng)學生仔細觀察、嚴謹治學的科學素養(yǎng)。

二、教學重點與難點

1、重點：

（1）了解單擺的構(gòu)成。（2）單擺的周期公式。（3）處理數(shù)據(jù)的方法。

2、難點：

（1）計時的準確性。（2）計數(shù)的準確性。

三、實驗器材

①球心開有小孔的小金屬球 ②長度大于1米的細尼龍線 ③鐵夾 ④鐵架臺 ⑤游標卡尺 ⑥米尺

⑦秒表、光電門及顯示器

四、教學過程

（一）引入：美國阿波羅計劃是人類歷史上的一個壯舉，人類首次踏上了地球之外的天體。但是有人質(zhì)疑整個計劃可能是場騙局。其中質(zhì)疑之一就是某段錄像中，根據(jù)人下落的距離和

2所用的時間，得到當?shù)氐闹亓铀俣葹榧s6.8m/s，顯然跟我們普遍認知的月球上重力加速2度約為1.6m/s有較大偏差。那么，除了這種通過自由落體運動，還有哪些方法可以測量當?shù)氐闹亓铀俣饶兀?/p>

1、物體作自由落體運動；g?2ht2

2、物體從光滑的斜面上由靜止下滑；g?

3、彈簧測力計與天平：g?

4、用打點計時器g??ST2Gm2St2sin?

5、用圓錐擺g??2lcos?

6、萬有引力g?GMR2

（二）實驗探究：

1、實驗?zāi)康模河脝螖[測定當?shù)刂亓铀俣龋粫褂妹氡?、游標卡尺?/p>

問題

1、用單擺測量重力加速度是根據(jù)什么物理原理？重力加速度的計算式是怎樣的？ 問題

2、該實驗需要測量哪些量？計算出來的重力加速度是幾位有效數(shù)字？

4?2l2、實驗原理：根據(jù)單擺周期公式T=2πl(wèi)/g，得：g=。據(jù)此，只要測得擺長l和周T2期T即可算出當?shù)氐闹亓铀俣萭（三位）。問題

3、單擺應(yīng)選用什么樣的球？為什么？C A、空心乒乓球

B、實心泡沫球

C、直徑2cm鐵球

D、直徑4cm鐵球 問題

4、什么樣的線？為什么？D A、粗棉線

B、粗彈簧

C、細橡皮筋

D、細棉線 問題

5、線長度應(yīng)當在什么范圍內(nèi)？為什么？C A、1cm

B、10cm

C、1m

D、10m 問題

6、測量周期用什么測量工具？為什么？怎樣讀數(shù)？B A、時鐘

B、秒表

C、打點計時器

問題

7、測量擺長用什么測量工具？為什么？怎樣讀數(shù)？AB A、米尺

B、游標卡尺

C、螺旋測微器

3、實驗器材：①球心開有小孔的小金屬球②長度大于1米的細尼龍線③鐵夾④鐵架臺⑤游標卡尺⑥米尺⑦秒表 問題

8、怎樣保證小球的擺動是簡諧運動？如何保證擺動過程中擺長不變？如何保證擺角小于5°（10°）？

問題

9、怎樣測量單擺周期？從何處開始計時？到何處停止計時？如何對振動次數(shù)計數(shù)？ 問題

10、秒表怎樣讀數(shù)？短針怎樣讀數(shù)？長針怎樣讀數(shù)？要不要估讀？

4、實驗步驟：(1）、根據(jù)討論結(jié)果，各組編寫實驗步驟（強調(diào)編寫步驟中要指明器材、方法、公式），設(shè)計表格(2）、出示參考實驗步驟，表格，參考實驗步驟：

①做單擺，取約1米長的線繩穿過帶孔的小鋼球，并打一個比小孔大一些的結(jié)，并固定在鐵架臺上； ②用米尺量出懸線長l準確到毫米，用游標卡尺測擺球直徑d，算出半徑r，也準確到毫米，算出擺長L=l+r；

③把單擺從平衡位置拉開一個角度（<10o）放開它，用秒表測量

單擺完成30次全振動（過平衡位置61次）所用的時間，求出完成一次全振動所需要的時間，這個平均時間就是單擺的周期。T=t/n（計時和計數(shù)再用光電門和手機秒表）；

4?2l④把測得的周期和擺長的數(shù)值代入公式g=2，求出重力加速度g的值來

T⑤改變擺長，重做幾次實驗。求g的平均值。⑥整理器材。參考表格：

次數(shù) 1 2 3 擺長L（米）振動次數(shù)n（次）時間t(秒)周期T(秒)

g平均值：___________

5、注意事項：

①選擇材料時應(yīng)選擇細輕又不易伸長的線，長度一般在1m左右，小球應(yīng)選用密度較大的金屬球，直徑應(yīng)較小，最好不超過2cm；

②單擺懸線的上端不可隨意卷在鐵夾的桿上，應(yīng)夾緊在鐵夾中，以免擺動時發(fā)生擺線下滑，擺長改變的現(xiàn)象；

③注意擺動時擺角不能過大（<10o）；

④擺球擺動時，要使之保持在同一個豎直平面內(nèi)，不要形成圓錐擺；

⑤為減小記時誤差，采用倒數(shù)計數(shù)法，即當擺球經(jīng)過平衡位置時開始計數(shù)，“3，2，1，0，1，2，3……”數(shù)“0”時開始計時，數(shù)到“60”停止計時，則擺球全振動30次，T=t/30。⑥計時從平衡位置開始是因為此處擺球的速度最大，人在判定它經(jīng)過此位置的時刻，產(chǎn)生的計時誤差較小。

6、結(jié)論與誤差分析：

1、g偏大：

2、g偏小：

五、教學反思

學生根據(jù)老師提供的器材，按照實驗要求，合理選擇器材，自己設(shè)計實驗方案、測量的主要步驟及需要測量的物理量。題：用實驗室提供的下列器材：不同材料的擺球，長100cm至120cm的擺線若干，帶鐵夾的鐵夾臺，秒表，米尺，游標卡尺，量角器，測量本地區(qū)的重力加速度。（l）簡要說明實驗方案的設(shè)計思路；（2）簡要說明測量的主要步驟與需要測量的物理量；（3）用已知量和測得量表示重力加速度的計算式；（4）通過測得量計算重力加速度的平均值。引伸1：用作圖法計算重力加速度：引伸2：若實驗室提供的擺球是不規(guī)則的，你怎樣測量。采用以上方法進行教學，有利于學生積極思考，發(fā)揮學生的主體作用；有利于發(fā)展學生智力，培養(yǎng)能力；可克服傳統(tǒng)演示實驗的弊病，使學生獲得發(fā)現(xiàn)知識的實驗基礎(chǔ)，享受科學實驗的成果，進而鼓勵同學立志去努力發(fā)現(xiàn)，探索物質(zhì)運動的奧秘。

六、實驗創(chuàng)新

1、應(yīng)用光電門計數(shù)，讓實驗計數(shù)更加清晰和準確，還可以讓學生體會和感受新科技新技術(shù)給生活生產(chǎn)帶來的便利，更好的激勵學生努力學習。

2、先用機械秒表計時，再用手機秒表計時，兩者進行對比，讓學生感受科技帶來的好處。既讓學生學會了如何讀數(shù)，也讓學生感受了科技發(fā)展的作用，再次激勵學習努力學習，激發(fā)學習物理的興趣。

第三篇：測螺線管磁場實驗報告

測螺線管磁場———實驗原理

圖1 圖1是一個長為2l，匝數(shù)為N的單層密繞的直螺線管產(chǎn)生的磁場。當導線中流過電流I時，由畢奧—薩伐爾定律可以計算出在軸線上某一點P的磁感應(yīng)強度為

式中，為單位長度上的線圈匝數(shù)，R為螺線管半徑，x為P點到螺線管中心處的距離。在SI單位制中，B的單位為特斯拉（T）。圖1同時給出B隨x的分布曲線。

磁場測量的方法很多。其中最簡單也是最常用的方法是基于電磁感應(yīng)原理的探測線圈法。本實驗采用此方法測量直螺線管中產(chǎn)生的交變磁場。下圖是實驗裝置的實驗裝置的示意圖。

圖2 當螺線管A中通過一個低頻的交流電流i(t)= I0sinωt時，在螺線管內(nèi)產(chǎn)生一個與電流成正比的交變磁場B(t)= Cpi(t)= B0sinωt其中Cp是比例常數(shù)，把探測線圈A1放到螺線管內(nèi)部或附近，在A1中將產(chǎn)生感生電動勢，其大小取決于線圈所在處磁場的大小、線圈結(jié)構(gòu)和線圈相對于磁場的取向。探測線圈的尺寸比較小，匝數(shù)比較多。若其截面積為S1，匝數(shù)為N1，線圈平面的法向平面與磁場方向的夾角為θ，則穿過線圈的磁通鏈數(shù)為:

Ψ = N1S1B(t)cosθ

根據(jù)法拉第定律，線圈中的感生電動勢為：

通常測量的是電壓的有效值，設(shè)E(t)的有效值為V，B(t)的有效值為B，則有，由此得出磁感應(yīng)強度：

其中r1是探測線圈的半徑，f是交變電源的頻率。在測量過程中如始終保持A和A1在同一軸線上，此時，則螺線管中的磁感應(yīng)強度為

在實驗裝置中，在待測螺線管回路中串接毫安計用于測量螺線管導線中交變電流的有效值。在探測線圈A1兩端連接數(shù)字毫伏計用于測量A1中感應(yīng)電動勢的有效值。

使用探測線圈法測量直流磁場時，可以使用沖擊電流計作為探測儀器，同學們可以參考沖擊電流計原理設(shè)計出測量方法。

測螺線管磁場———實驗內(nèi)容

1．研究螺線管中磁感應(yīng)強度B與電流I和感生電動勢V之間的關(guān)系，測量螺線管中的磁感應(yīng)強度。2．測量螺線管軸線上的磁場分布。

測螺線管磁場———實驗儀器

圖 1 : 測量螺線管內(nèi)磁場實驗裝置全貌

測量螺線管內(nèi)磁場實驗儀器包括：銅導線螺線管、霍爾元件（軸向磁場探針）、（毫）

特斯拉計、電流源。

圖 2 : 銅導線螺線管

圖 3 : 霍爾元件（軸向磁場探針）

上圖為軸向磁場探針，伸入螺線管中用于測量磁場強度，探針的另一端接在特斯拉計之

上，由特斯拉計給出磁場強度的讀數(shù)。

圖 4 :（毫）特斯拉計

給出磁場強度的讀數(shù)。與測量直流導體外磁場中使用的特斯拉計相似。

圖 5 : 電流源 為銅導線螺線管供電，產(chǎn)生磁場。

實驗重點

1．掌握探測線圈法測量交變磁場的方法。2．測量螺線管軸線上的磁場分布。3．加深理解電磁感應(yīng)定律及磁場的特征。實驗難點

1．探測線圈法測量磁場的線路設(shè)計與連接，包括單刀雙擲開關(guān)及交流毫伏計的使用。

2．低頻信號發(fā)生器的使用。3．互感現(xiàn)象的觀察及線路設(shè)計。操作指導

一、主窗口

在系統(tǒng)主界面上選擇“螺線管磁場及其測量實驗”并單擊，即可進入本仿真實驗平臺，顯示平臺主窗口——實驗室場景，看到實驗臺和實驗儀器。

二、主菜單

在主窗口上單擊鼠標右鍵，彈出主菜單。主菜單下還有子菜單。鼠標左鍵單擊相應(yīng)的主菜單項或子菜單項，則進入相應(yīng)的實驗部分（圖1）。

圖1 實驗應(yīng)按照主菜單的條目順序進行。1．實驗簡介

選擇主菜單的“簡介”并單擊可打開實驗簡介文檔（圖2）。

圖2 鼠標移到上面藍條處將顯示操作提示，雙擊即可返回實驗平臺。2．實驗儀器

選擇主菜單的“實驗儀器”并單擊可打開實驗儀器文檔，操作與查看實驗簡介完全類似。3．實驗原理

包括子菜單項“實驗原理一”和“實驗原理二”。

選中“實驗原理”的“實驗原理一”子菜單項并單擊，將顯示實驗原理一，如圖3。

圖3 用鼠標操作滾動條，可使畫面上下滾動。

鼠標移到上面藍條處將顯示操作提示，雙擊可返回實驗平臺。

選擇“實驗原理”的“實驗原理二”子菜單項并單擊，將顯示實驗原理二，與“實驗原理一”操作相同。4．實驗接線

選擇“接線”并單擊進入接線界面。本實驗中晶體管毫伏表讀數(shù)會隨時間產(chǎn)生漂移，所以做本實驗的關(guān)鍵是要對晶體管毫伏表經(jīng)常短路調(diào)零以消除誤差。為方便計，宜加一單刀雙擲開關(guān)。正確接線圖（不止一種）可參見圖4。

圖4 接線時選定一個接線柱，按住鼠標左鍵不放拖動，一根直導線即從接線柱引出。將導線末端拖至另一個接線柱釋放鼠標，即可連接這兩個接線柱。刪除兩個接線柱的連線，可將這兩個接線柱重新連接一次。

接線完畢單擊鼠標右鍵彈出菜單，選擇“接線完畢”來判斷接線是否正確，接線正確后才能開始實驗。選擇“重新接線”可刪除所有導線。5．實驗內(nèi)容

接線正確后此菜單項才會有效。此菜單包括子菜單項“內(nèi)容一”、“內(nèi)容二”和“內(nèi)容三”。單擊子菜單項“內(nèi)容一”即可進入實驗內(nèi)容一進行實驗，如圖5。

圖5 儀器的基本操作方法

(1)旋鈕的操作方法：所有的旋鈕，其操作方法是一致的，即：用鼠標右鍵單擊，則旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)；用鼠標左鍵單擊，則旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)。包括旋鈕“輸出調(diào)節(jié)”，“調(diào)零旋鈕”，以及頻率調(diào)節(jié)。

(2)按鈕的操作方法：用鼠標左鍵單擊即可按下或彈起按鈕。包括“衰減”和“頻率倍乘”按鈕。

(3)撥動開關(guān)的操作方法：操作非常簡單，用鼠標左鍵單擊開關(guān)即可改變開關(guān)的狀態(tài)。

(4)探測線圈的粗調(diào)和細調(diào)，單刀雙擲開關(guān)的操作和旋鈕的調(diào)節(jié)一樣。(5)毫伏表“量程”的調(diào)節(jié)和開關(guān)的操作一樣。(6)單刀雙擲開關(guān)的刀打到左邊是調(diào)零位置，可調(diào)節(jié)“調(diào)零旋鈕”調(diào)零；打到中間是斷路位置；打到右邊是測量位置，可以測量電路的電壓。

在此界面的上部單擊鼠標右鍵將彈出主菜單，做完實驗內(nèi)容一后選擇實驗內(nèi)容

二、實驗內(nèi)容三繼續(xù)實驗。

實驗時點擊“實驗參數(shù)”可打開實驗參數(shù)文檔，雙擊其上的藍條關(guān)閉此文檔；點擊“實驗內(nèi)容”打開實驗內(nèi)容文檔，雙擊其上的藍條關(guān)閉此文檔；實驗時按實驗內(nèi)容文檔的步驟進行實驗，點擊“數(shù)據(jù)記錄及處理”打開數(shù)據(jù)處理窗口，將測量數(shù)據(jù)記錄到相應(yīng)的位置，數(shù)據(jù)處理窗口如圖6。

圖6 輸入數(shù)據(jù)時在所要輸入的空格處單擊鼠標左鍵，再用鍵盤輸入數(shù)據(jù)即可。畫線時先在坐標圖上單擊鼠標左鍵描點，描點完畢點擊“畫線”可畫線，如描點錯誤可在錯點處再單擊鼠標左鍵即可刪除該點，點擊“清畫布”可刪除所有點，點擊“返回”返回實驗操作界面。6．實驗報告

選擇“實驗報告”菜單項并單擊，可調(diào)用實驗報告系統(tǒng)，將前面所得數(shù)據(jù)記錄到實驗報告中以備教師檢查，具體操作見實驗報告說明。7．退出：退出實驗平臺。

第四篇：單擺精品教案

單擺

一、教學目標

1．在物理知識方面的要求：

(1)理解單擺振動的特點及它做簡諧運動的條件；(2)掌握單擺振動的周期公式。

2．觀察演示實驗，概括出周期的影響因素，培養(yǎng)學生由實驗現(xiàn)象得出物理結(jié)論的能力。

3．在做演示實驗之前，可先提出疑問，引起學生對實驗的興趣，讓學生先猜想實驗結(jié)果，由教師實驗驗證，使學生能更好的有目的去觀察實驗。

二、重點、難點分析

1．本課重點在于掌握好單擺的周期公式及其成立條件。2．本課難點在于單擺回復力的分析。

解決方案：對于重點內(nèi)容通過課堂鞏固練習加深印象。本課難點在于力的分析上，由教師畫好受力分析圖，用彩粉筆標示，同時引導學生看書，這部分內(nèi)容屬于A類要求及了解內(nèi)容，只要使大部分學生能明白基本過程即可，重在強調(diào)最后結(jié)論。

三、教具

1．演示單擺振動周期的影響因素

三個單擺：兩個擺長相同，質(zhì)量不同；兩個擺長不同。2．投影儀，投影片。(內(nèi)容見附錄)

四、主要教學過程(一)引入新課

提問：什么是簡諧運動？

答：物體做機械振動，受到的回復力大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反。前節(jié)課我們學習了彈簧振子，了解了簡諧運動和振動周期。日常生活中，我們常常見到鐘表店里擺鐘擺錘的振動(教師展示擺鐘鐘擺的振動)，這種振動有什么特點呢？它是根據(jù)什么原理制成的？鐘擺類似于物理上的一種理想模型——單擺。我們就來分析一下單擺來解決以上的問題。

(二)教學過程設(shè)計

(教師拿出單擺展示，同時介紹單擺構(gòu)成)這就是單擺，一根繩子上端固定，下端系著一個球。物理上的單擺，是在一個固定的懸點下，用一根不可伸長的細繩，系住一個一定質(zhì)量的質(zhì)點，在豎直平面內(nèi)小角度地擺動。所以，實際的單擺要求繩子輕而長，小球要小而重，將擺球拉到某一高度由靜止釋放，單擺振動類似于鐘擺振動。我們這一章研究的是機械振動，而單擺振動也屬于機械振動，單擺振動也是在某一平衡位置附近來回振動，這個平衡位置，就是繩子處于豎直的位置。

我們在學習機械振動時，曾經(jīng)提到過機械振動的兩個必要條件，一是運動中物體所受阻力要足夠小；二是物體離開平衡位置后，總是受到回復力的作用。對于第一個條件單擺是符合的，單擺繩要輕而長，球要小而重都是為了減少阻力；第二個條件說到回復力。

提問：單擺的回復力又由誰來提供？

答：單擺的回復力由繩的拉力和重力的合力來提供。(教師對答案先不否定，通過對學生的提問，教師把受力圖畫在黑板上。)

1．單擺的回復力

要分析單擺回復力，先從單擺受力入手。單擺從A位置釋放，沿AOB圓弧在平衡點O附近來回運動，以任一位置C為例，此時擺球受重力G，拉力T作用，由于擺球沿圓弧運動，所以將重力分解成切線方向分力G1和沿半徑方向G2，懸線拉力T和G2合力必然沿半徑指向圓心，提供了向心力。那么另一重力分力G1不論是在O左側(cè)還是右側(cè)始終指向平衡位置，而且正是在G1作用下擺球才能回到平衡位置。(此處可以再復習近平衡位置與回復力的關(guān)系：平衡位置是回復力為零的位置。)因此G1就是擺球的回復力?；貜土υ趺幢硎?？由單擺的回復力的表達式能否看出單擺的振動是簡諧運動？書上已給出了具體的推導過程，其中用到了兩個近似：(1)sinα≈α；(2)在小角度下AO直線與AO弧線近似相等。這兩個近似成立的條件是擺角很小，α＜5°。(見附表，打印在投影片上。)由投影片我們可知α在5°之內(nèi)，并且以弧度為角度單位，sinα≈α。

在分析了推導過程后，給出結(jié)論：α＜5°的情況下，單擺的回復力為

滿足簡諧運動的條件，即物體在大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反的回復力作用下的振動，為簡諧運動。所以，當α＜5°時，單擺振動是一種簡諧運動。

2．單擺振動是簡諧運動

特征：回復力大小與位移大小成正比，方向與位移方向相反。

但這個回復力的得到并不是無條件的，一定是在擺角α＜5°時，單擺振動回復力才具有這個特征。這也就是單擺振動是簡諧運動的條件。

條件：擺角α＜5°。

前面我們所學簡諧運動是以彈簧振子系統(tǒng)為例，單擺振動和彈簧振子不同，從回復力上說，雖然都具有同一特征，卻由不同的力來提供。彈簧振子回復力由合力提供，而單擺則是由重力的一個分力來提供回復力。這是回復力不同，那么其他方面，還有沒有不同呢？我們在學習彈簧振子做簡諧運動時，還提到過彈簧振子系統(tǒng)周期與振幅無關(guān)，那么單擺的周期和振幅有沒有關(guān)系呢？下面我們做個實驗來看一看。

3．單擺的周期

要研究周期和振幅有沒有關(guān)系，其他條件就應(yīng)不變。這里有兩個單擺(展示單擺)，擺長相同，擺球質(zhì)量不同，這會不會影響實驗結(jié)果呢？也就是單擺的周期和擺球的質(zhì)量有沒有關(guān)？那么就先來看一下質(zhì)量不同，擺長和振幅相同，單擺振動周期是不是相同。

[演示1] 將擺長相同，質(zhì)量不同的擺球拉到同一高度釋放。

現(xiàn)象：兩擺球擺動是同步的，即說明單擺的周期與擺球質(zhì)量無關(guān)，不會受影響。

那么就可以用這兩個單擺去研究周期和振幅的關(guān)系了，在做之前還要明確一點，振幅是不是可任意??？這個實驗主要是為研究屬于簡諧運動的單擺振動的周期，所以擺角不要超過5°。

[演示2] 擺角小于 5°的情況下，把兩個擺球從不同高度釋放。現(xiàn)象：擺球同步振動，說明單擺振動的周期和振幅無關(guān)。

剛才做過的兩個演示實驗，證實了單擺振動周期和擺球質(zhì)量、振幅無關(guān)，那么周期和什么有關(guān)？由前所說這兩個擺擺長相等，如果L不等，改變了這個條件會不會影響周期？

[演示3] 取擺長不同，兩個擺球從某一高度同時釋放，注意要α＜5°?，F(xiàn)象：兩擺振動不同步，而且擺長越長，振動就越慢。這說明單擺振動和擺長有關(guān)。具體有什么關(guān)系呢？經(jīng)過一系列的理論推導和證明得到：

同時這個公式的提出，也是在單擺振動是簡諧運動的前提下，即滿足擺角α＜5°。

條件：擺角α＜5°

還可以根據(jù)這個周期公式測某地的重力加速度，由公式可知只要測出單擺的擺長、周期，就可以得到單擺所在地的重力加速度。

提問：由以上演示實驗和周期公式，我們可知道周期與哪些因素有關(guān)，與哪些因素無關(guān)？

答：周期與擺長和重力加速度有關(guān)，而與振幅和質(zhì)量無關(guān)。

單擺周期的這種與振幅無關(guān)的性質(zhì)，叫做等時性。單擺的等時性是由伽利略首先發(fā)現(xiàn)的。(此處可以講一下伽利略發(fā)現(xiàn)單擺等時性的小故事。)鐘擺的擺動就具有這種性質(zhì)，擺鐘也是根據(jù)這個原理制成的，據(jù)說這種等時性最早是由伽利略從教堂的燈的擺動發(fā)現(xiàn)的。如果條件改變了，比如說(拿出擺鐘展示)這個鐘走得慢了，那么就要把擺長調(diào)整一下，應(yīng)縮短L，使T減??；如果這個鐘在北京走得好好的，帶到廣州去會怎么樣？由于廣州g，小于北京的g值，所以T變大，鐘也會走慢；同樣，把鐘帶到月球上鐘也會變慢。

4．課堂練習(見投影片)[題目]甲乙兩個單擺，甲的擺長是乙擺長的4倍，乙擺球質(zhì)量是甲球質(zhì)量的2倍。在甲振動5次的時間內(nèi)，乙擺球振動______次。

分析：此題考查的是周期的影響因素。已知擺長和質(zhì)量比例關(guān)系，但由周期公式和前面所做演示實驗可知，周期與質(zhì)量無關(guān)，甲的擺長是乙的擺長的4倍，那么甲的周期就是乙的周期的2倍，頻率是1/2，所以甲振動5次，同時乙振動10次。

(三)課堂小結(jié)

本節(jié)課主要講了單擺振動的規(guī)律，只有在小角度時單擺振動才能近

式測某地的重力加速度，由公式可知只要測出單擺的擺長、周期，就可以得到單擺所在地的重力加速度。

第五篇：單擺教學設(shè)計

《單擺》教學設(shè)計

江蘇省邳州市宿羊山高級中學 周中華

一、設(shè)計思想

中學物理教學的目的，是使學生比較系統(tǒng)地掌握進一步學習現(xiàn)代科學技術(shù)所需的物理基礎(chǔ)知識，了解這些知識的實際應(yīng)用，培養(yǎng)學生的實驗技能、思維能力、自學能力和靈活運用知識解決實際問題的能力；培養(yǎng)學生的辯證唯物主義觀點。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力是現(xiàn)代教育研究的核心，本文介紹單擺課題中開展創(chuàng)新教學、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的一點做法。

舊教育模式基本如下：

提出單擺的模型→規(guī)律→應(yīng)用、解題

該教學模式重視的是知識的傳授，重點是知識的應(yīng)用──解題，且通過解題來熟練掌握該知識和提高運用這些知識解決問題的能力，即熟練解題技巧。這種教學模式，缺乏知識的產(chǎn)生和發(fā)展的過程，學生實際參與少，體驗不深，理論聯(lián)系實際少，且介紹創(chuàng)造發(fā)明的往往一筆帶過。本人認為這把物理學的精華部分給埋沒了，使學生感到學習物理知識是為了解題，為了升學考試，從而使學生的學習處于被動狀態(tài)，即學生對學習的內(nèi)在動力不足，興趣不濃，這是目前教學中存在的共同問題。大量解題，學習解題的各種技巧，造成知識面狹窄，自學能力差，除課本上知識外，很少接觸其他課外書，不重視實驗，觀察能力和實驗操作能力差。

本人根據(jù)自己的教學經(jīng)驗結(jié)合“單擺”教學實際，確立如下教學模式：

觀察→抽象建?！?guī)律→應(yīng)用

此教學模式讓學生充分感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程，引導、啟發(fā)學生模擬探究原科學家的實踐活動過程，發(fā)現(xiàn)“新”現(xiàn)象，通過聯(lián)想、判斷、推理、分析、綜合，歸納出物體呈現(xiàn)如此現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，然后把規(guī)律應(yīng)用到實際中去。力求體現(xiàn)物理學研究的基本方法，重點展現(xiàn)發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程和應(yīng)用規(guī)律的過程，即展現(xiàn)發(fā)現(xiàn)、發(fā)明創(chuàng)造的過程，從中培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，使學生感到所學知識確有實際意義，從內(nèi)心感到確需知道該知識和方法，從而積極參與、主動學習、自主探索。同時體現(xiàn)教師適時點撥、“搭橋引路”的主導地位。當然在教學過程中要精選習題、當堂達標訓練，切實提高課堂教學效率。

二、教學過程

下面是該教學模式的具體操作過程：

1．觀察：鐘擺的擺動

由日常見到的現(xiàn)象：掛燈在風吹后的擺動，秋千在人推動后的擺動

（物體來回擺動）入手，通過聯(lián)想、判斷使學生感到我們所研究的物理現(xiàn)象來源于自然，不是憑空想象出來的。

2．抽象建模

把觀察到的物理現(xiàn)象進行抽象，建立理想模型，使研究的物理問題簡單化。在細線的一端拴上一個小球，另一端固定在懸點上，線的伸縮和質(zhì)量忽略不計，球的直徑比線長短得多，即把球看成一個質(zhì)點──單擺模型。

3．規(guī)律

（1）單擺呈現(xiàn)來回擺動現(xiàn)象的本質(zhì)：讓學生想想，師生一起分析擺球受到重力和細線的拉力不在一條直線上，即受力不平衡的緣故。重力沿細線垂直方向的分力，即是使擺球回到最低點的回復力，注意這個力不是重力和細線拉力的合力。在擺角小于5°時，擺球運動可看做簡諧運動。擺球在空間擺動觀察時如無顯著的參照物作為標準，很可能造成圓錐擺?？刹捎蒙隙藥в兄Ъ埽ㄖЪ艽怪迸c面板，并且po在一條直線上垂直與面板）的面板。如圖（1）。人是很難做到不同擺角和同一擺角。易造成擺角過大而引起非簡諧運動，或擺角太小不易測量周期?，F(xiàn)在面板上做一以p為圓心的半圓，并標出刻度。實驗時就可以根據(jù)面板上的刻度讀出擺角值，從而準確的驗證影響周期的因素。

（2）單擺的規(guī)律：等時性。

模擬科學家研究過程，但不完全照搬，也要有所創(chuàng)新。從中激發(fā)學生的興趣，重視學生的內(nèi)心體驗與主動參與。伽利略在教堂中看到掛燈的擺動，發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象，并研究得出單擺的等時性。根據(jù)歷史記載，伽利略所處年代還沒有精確的計時儀器，他如何確定的？只好用自己的脈搏跳動測得，他利用人在正常情況下脈搏跳動是基本均勻的，這是一種類比方法?，F(xiàn)在我們有計時儀器，可以照課本上實驗來確定這一結(jié)論。一般人的脈搏跳動總有些不穩(wěn)定，這樣實驗不夠精確，那么我們現(xiàn)在如何設(shè)計一個簡單而精確的實驗來驗證呢？讓學生想一想，然后提示學生用比較法。

用2個單擺比較，可能有學生提出；也許是巧合呢？那么用5個單擺，其中2個擺球形狀、質(zhì)量完全一樣，其余3個各不相同（這樣容易比較）。用5根約1m長的細線一端拴住擺球，另一端各懸掛在同一水平橫桿上（并排）如圖2，使擺長一樣（這是實驗成敗的關(guān)鍵）。想想如何比較擺球的周期相同不相同？

先試一下，一個一個推動擺球（擺角<5°），讓擺球擺動，可以看到擺得較亂，看不出關(guān)系。設(shè)法拉開擺球，從同一高度同時靜止釋放，可觀察到同步擺動。這說明單擺的周期跟單擺的擺球質(zhì)量無關(guān)。再設(shè)法把小球拉開不同角度，同時靜止時釋放，可觀察到：同步擺動（注意沿著橫桿方向看）。這說明單擺的周期跟單擺的振幅無關(guān)，由此得到單擺的等時性（使學生感到成就感）。那么單擺的周期跟什么因素有關(guān)呢？（讓學生想想，猜想可能是擺長），改變其中4個單擺的擺長，使它們擺長不一樣，再讓它們同時擺動，可觀察到；擺長長的，擺動慢，擺長短的，擺動快。

課本中并沒有通過實驗驗證重力加速度與周期的關(guān)系。若采用磁性擺球，并在擺球的平衡位置正下方放一U型的磁鐵，相當于增大重力加速度。比較和未加磁鐵時同一擺球50～60次全振動所需時間就驗證了重力加速度增大時周期變短，改變磁鐵磁極，相當于減小重力加速度，周期變長。說明重力加速度的改變可以影響周期的變化。然后提出，這由惠更斯研究發(fā)現(xiàn)單擺的振動周期跟擺長的平方根成正比，跟重力加速度的平方根成反比，且確定了如下的單擺振動周期公式（也可用數(shù)學方法和彈簧振子的周期公式推導出這一公式，應(yīng)看學生的基礎(chǔ)、程度而定。）

4．應(yīng)用

由物理現(xiàn)象得出物理規(guī)律，再應(yīng)用到實際中去，這是物理研究的最終目的，是理論聯(lián)系實際的過程，也是發(fā)明創(chuàng)造的過程，也即學生內(nèi)化和外延的過程。在這過程中有意識地培養(yǎng)學生發(fā)散思維，并進行“創(chuàng)造發(fā)明”的教學。

由惠更斯首先利用單擺的等時性，直接應(yīng)用發(fā)明了帶擺的計時儀──擺鐘。簡介擺鐘基本結(jié)構(gòu)，然后讓學生想想擺鐘有哪些缺點。

分析原因：（1）由于熱脹冷縮，引起擺長改變，使計時有快慢。（2）鐘擺受阻力作用，擺動一定次數(shù)后要停止，需定時上發(fā)條，不方便。（3）造價貴，與現(xiàn)行的電子鐘、石英鐘比較，電子鐘、石英鐘精確，一節(jié)5號電池，可使用半年。

然而是不是要淘汰擺鐘呢？不，有人把這做得大一些，做成一種落地座鐘，成為一件裝飾品，又是一種計時器，這也是一種創(chuàng)造發(fā)明。

聯(lián)想運用單擺的周期公式，可以測定當?shù)氐闹亓铀俣龋挚赡玫侥骋恍乔虮砻嫔?，測該星球表面的重力加速度：

等效應(yīng)用：把一個物體的來回運動等效看成單擺的運動。例如，一個小球在較大半徑的光滑圓弧槽內(nèi)來回運動（槽固定在地面上），可以等效看成繞圓心來回擺動的單擺運動。又如，雙線擺可等效看成某一擺長的單擺運動，在升降機中單擺周期的變化，等等。應(yīng)用中不僅使學生解題能力得到提高，而且使學生的創(chuàng)新能力和綜合能力得到培養(yǎng)，使學生在獲得知識同時，多方面的能力也得到培養(yǎng)，但應(yīng)用中應(yīng)減少一些純粹為熟練公式或無實際價值的問題。

本節(jié)課設(shè)計的指導思想是培養(yǎng)學生各方面的素質(zhì)，教學中以實驗為基礎(chǔ)結(jié)合學生的思維特點。充分發(fā)揮教師的主導作用，體現(xiàn)學生的主體地位，讓學生成為知識的發(fā)現(xiàn)者，以規(guī)律的認識為主線，把傳授知識、培養(yǎng)能力、滲透方法有機結(jié)合到一起。目的在于培養(yǎng)學生各方面的能力。2009-02-25 人教網(wǎng)