实验1 单摆的设计与研究
单摆运动的研究报告
单摆运动的研究报告引言单摆运动是一种非常基础而重要的物理现象，在力学的研究中占有重要地位。
本文旨在通过理论分析和实验研究，深入探讨单摆运动的特性、影响因素以及应用领域。
一、单摆运动的定义和基本原理1.1 定义单摆运动是指一个绳/线连接的质点由一个固定的铅垂线束缚而形成的一种周期性运动。
1.2 基本原理单摆运动的基本原理可以归结为以下几点：•单摆系统由一个质点和一个可摆动的轻线组成。
•单摆的运动主要受到重力和摆长的影响。
•在小摆角范围内，单摆的运动近似为简谐振动。
二、单摆运动的特性和影响因素2.1 摆长对单摆运动的影响•摆长是指摆线/摆杆的长度，影响着单摆的周期和频率。
•通过理论推导和经验公式，我们发现摆长与周期成正比，与频率成反比。
2.2 重力对单摆运动的影响•重力是单摆运动的驱动力，影响着单摆的振幅和周期。
•增大重力将使摆动幅度变小，减小重力将使摆动幅度变大。
2.3 起始条件对单摆运动的影响•起始条件是指单摆最初的初始角度和初始速度。
•不同的起始条件将导致不同的振动行为，如摆动的幅度、周期和相位等。
2.4 阻力对单摆运动的影响•阻力会减弱单摆的振幅，并逐渐使其停止摆动。
•此外，阻力还会影响单摆的周期，并使其变得不规则。
三、实验研究与结果分析3.1 实验目的本实验旨在验证单摆运动的特性和影响因素，并通过实验结果分析其规律和特点。
3.2 实验装置和步骤•实验装置：摆线、支架、质点。
•实验步骤：1.在支架上悬挂摆线，将质点固定在摆线下方。
2.给质点一个初始角度，并释放质点进行摆动。
3.使用定时器记录摆动的时间，重复多次实验。
4.根据实验数据计算周期、频率和摆长。
3.3 实验结果与分析经过多次实验，我们得到了如下数据：实验次数摆长（m）周期（s）频率（Hz）1 0.5 1.33 0.752 1.0 1.88 0.533 1.5 2.21 0.454 2.0 2.65 0.38根据数据分析，我们可以发现摆长与周期成正比、与频率成反比的关系得到验证。
单摆实验报告
单摆实验报告实验目的本实验旨在通过观察和测量单摆的振动特性，研究单摆的运动规律，并验证单摆动力学方程。
实验原理单摆是由一根固定在顶部的绳子或杆上悬挂的质点，摆动的过程中受到重力和张力的作用。
当摆动角度较小时，单摆的运动可以近似看作简谐振动。
根据单摆的运动规律，可以得到单摆的动力学方程：\[ \frac{{d2\theta}}{dt2} + \frac{g}{l}\sin\theta = 0 \] 其中，\(\theta\) 是摆角，\(g\) 是重力加速度，\(l\) 是摆长。
实验装置•单摆（可以是杆状或线状）•支架•科学计时器•测量尺子实验步骤1.准备实验装置，并将单摆悬挂在支架上，使其可以自由摆动。
2.调整单摆的摆长，记录摆长的值。
3.将单摆摆动到一个较小的初始角度，并释放。
4.使用科学计时器记录单摆的摆动时间，多次测量取平均值，以提高数据的可靠性。
5.将摆动时间和摆长的数据记录下来。
数据处理与分析根据实验上述步骤得到的数据，可以进行以下分析和处理：1. 绘制摆动时间和摆长的图像，以探究两者之间的关系。
2.对实验数据进行回归分析，拟合出单摆的调和曲线。
3. 计算摆长对应的摆动周期，并与理论值进行比较，验证单摆动力学方程的准确性与实用性。
实验结果与讨论根据实验数据的处理与分析，得到以下结果与结论： 1. 单摆的摆动周期随着摆长的增加而增加，符合单摆动力学方程的预期。
2. 通过回归分析，可以得到单摆的调和曲线，为后续的实验和研究提供了参考依据。
3. 与理论值的比较表明，单摆动力学方程在实验中具有较高的适用性。
4. 实验过程中可能存在的误差包括：摆角测量误差、摆长测量误差和时间测量误差等，需要在后续实验中加以改进和补充。
总结本实验通过观察和测量单摆的振动特性，研究了单摆的运动规律，并验证了单摆动力学方程。
实验结果表明，单摆的摆动周期与摆长呈正相关关系，实验中得到的数据与理论值相符，说明单摆动力学方程在实验中具有较高的准确性与实用性。
单摆和时间测量
实验报告05级 少年班 陈晨 Pb05000827实验题目:单摆的设计和研究实验目的：利用经典的单摆公式，给出的器材和对重力加速度g 的测量精度的要求,进行简单的设计性实验基本方法的训练学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习积累放大法的原理及应用。
实验仪器：实验室提供以下器材（及参数）：游标卡尺、米尺、千分尺、电子秒表、支架、细线（尼龙线）、钢球、摆幅测量标尺（提供硬白纸板自制）、天平（公用）。
假设摆长l ≈70.00cm ；摆球直径D ≈2.00cm ；摆动周期T ≈1.700s ；米尺精度Δ米≈0.05cm ；卡尺精度Δ卡≈0.002cm ；千分尺精度Δ千≈0.001cm ；秒表精度Δ秒≈0.01s ；根据统计分析，实验人员开、停秒表总的反映时间近似为Δ人≈0.2s 。
实验原理：单摆结构如图，当摆角充分小（一般θ<5○）摆球直径充分短（相对于摆线）时，单摆的一级近似周期公式为 glT π2= 因此通过测量摆动周期T ，摆长L 可得224T Lg π=实验内容：1、 用误差均分原理设计一单摆装置，测量重力加速度g ，设计要求：（1） 根据误差均分原理，自行设计实验方案，合理选择测量仪器和方法。
（2） 写出详细的推导过程，实验步骤。
（3） 用自制的单摆装置测量重力加速度g ，测量精度要求%1<∆gg。
2、对重力加速度g 的测量结果进行误差分析和数据处理，检验实验结果是否达到设计要求。
实验设计：以下利用误差均分原理设计一套单摆装置，测量重力加速度g ，测量精度要求%1<∆gg。
由于glT π2=，所以224T L g π=取对数 T L g ln 2ln 4ln ln 2-+=π 求微分TdTL dL g dg 2-= 按最大不确定度公式估算，有TTL L g g ∆+∆=∆2 应用均分原理%5.0≤∆L L ，%5.02≤∆TT将摆长L 和摆球直径D 的粗测值cm l 00.70≈，cm D 00.2≈代入，有 cm l 35.0≤∆和cm D 01.0≤∆结合器材精度参数考虑，选用精度足够的米尺测摆线长，游标卡尺测小球直径。
五年级摆的研究实验教案
五年级摆的研究实验教案摆是物理学一个非常基础而常见的研究对象，其特点是简单、易操作、易重现。
在物理科学的研究中，摆可以作为一种非常有用的工具来研究物理规律。
而在初中物理中，摆的研究也是必学的重要知识之一。
在小学五年级，我们也可以开展摆的研究实验教学，为将来的初中物理学习打好基础。
一、研究目标本次研究实验的目标是，通过实验介绍学生在真实场景中对于摆的研究过程，并让学生能够找出摆的物理规律，掌握基本的物理量的测量方法，进一步了解摆的运动轨迹，为以后的初中物理学习奠定基础。
二、教学内容1.摆的基础知识我们需要让学生了解什么是摆，摆的种类有哪些，以及摆的运动规律等基础知识。
同时，我们也需要引导学生思考，为什么摆的时间与摆的长度有关、与重力加速度有关？这些知识与生活中的现象有什么关系？2.设计实验我们要重点介绍如何设计一次摆的研究实验。
我们可以从以下几个方面入手：（1）创建一种摆学生可以使用各种材料制作摆，分别记录其运动轨迹，并进行比较。
通过对比，学生可以感受到不同材料的摆具有哪些特性。
（2）调整摆的长度学生可以调整摆的长度，记录下来在不同长度下，摆的运动时间，并总结可能影响摆运动的因素，如摆的长度和摆的振幅等。
（3）更改摆的振幅学生可以更改摆的振幅（摆杆最大偏离竖直方向的角度），观察其影响时间和摆的运动轨迹。
学生可以根据实验数据，来验证运动的规律性和周期性。
3. 编写实验报告学生需要编写实验报告，总结实验规律，并列举有用的实验数据。
在报告中，学生需要包括实验目的、实验步骤、实验结果数据及其分析、实验结论等内容。
三、教学流程1. 对于学生来说，摆的研究实验可能是新的体验，我们应该在课前要引导学生对摆的一些基本概念进行学习，帮助他们确定目标，并启发他们关于物理知识的探索。
2. 在介绍好摆的基础知识之后，我们应该引导学生进行实验设计，让他们自行探索摆的运动轨迹和规律。
3.完成实验之后，学生可以通过合作，分享数据，并共同撰写实验报告。
高中物理-单摆教案
⾼中物理-单摆教案⾼中物理-单摆教案【教学⽬标】⼀、知识与技能1．知道单摆是⼀种理想化模型和做简谐运动的条件2. 知道单摆做简谐运动时回复⼒的特点和表达式3．知道单摆(偏⾓θ较⼩时)的周期与振幅、摆球质量、摆长和当地重⼒加速度g的关系。
⼆、过程与⽅法1．知道测量单摆周期的⽅法，会⽤单摆测定重⼒加速度2．通过探究过程体会猜想、设计实验、分析论证、评估等科学探究要素;3．通过制定探究⽅案体会“控制变量”的研究⽅法。
三、情感、态度和价值观1．通过实验,领悟实事求是的理念,并在探究活动中培养合作精神。
2．通过动⼿合作调动学⽣的学习主动性,培养他们的探究意识,激发他们的学习热情,体会研究的乐趣。
【重点、难点、疑点】1.重点:单摆的振动规律和周期公式。
2.难点:单摆回复⼒的分析。
3.疑点:怎样确定单摆的振动周期与哪些因素有关,以及具体关系。
【教具准备】摆球、铁架台、细线、⽀架、盛砂漏⽃、硬纸板、砂、计算机、投影仪等【教学过程】⼀、复习引⼊新课在前⾯我们学习了弹簧振⼦，知道弹簧振⼦做简谐运动。
那么：怎么判断物体的运动是否是简谐运动答：有两种⽅法：⽅法⼀：位移时间图像为正弦函数⽅法⼆：物体在跟位移⼤⼩成正⽐、并且总是指向平衡位置的回复⼒作⽤下的振动F =-kx在⽣活中有很多种机械振动。
⽐如建筑物挂钟的振动、房顶吊灯的摆动、秋千的运动、座钟的钟摆的摆动。
这些运动都是摆动。
我们对实际⽣活中的摆进⾏理想化处理，忽略次要因素、突出主要因素，这样所构建的模型称之为单摆。
⼆、新课教学（⼀）单摆问题：以上这些运动有什么共同点？物理中常抽象出⼀种模型1、单摆概念：细线⼀端固定在悬点，另⼀端系⼀个⼩球，如果细线的质量与⼩球相⽐可以忽略；球的直径与线的长度相⽐也可以忽略，这样的装置就叫做单摆。
①摆线质量m 远⼩于摆球质量 M，即m << M ②摆球的直径 d 远⼩于单摆的摆长Ｌ，即 d <<Ｌ。
③摆球所受空⽓阻⼒远⼩于摆球重⼒及绳的拉⼒，可忽略不计。
关于单摆的实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除关于单摆的实验报告篇一：单摆(实验报告样板)（实验报告样板）华南师范大学物理与电信工程学院普通物理实验报告专业实验日期姓名张三教师评定实验题目单摆一、实验目的（1）学会用单摆测定当地的重力加速度。
（2）研究单摆振动的周期和摆长的关系。
（3）观察周期与摆角的关系。
二、实验原理当单摆摆动的角度小于5度时，可证明其振动周期T满足下式T?2?L（1）gg?4?2L2（2）T若测出周期T、单摆长度L，利用上式可计算出当地的重力加速度g。
2从上面公式知T2和L具有线性关系，即T2?4?L。
对不同的单摆长度L测量得出相对应的周期，g可由T2～L图线的斜率求出g值。
当摆动角度θ较大（θ>5°）时，单摆的振动周期T和摆动的角度θ之间存在下列关系222T?2?L?1??1?sin21??3?sin4?g???2?2?2??4?2??三、实验仪器单摆，秒表，米尺，游标卡尺。
四、实验内容1、用给定摆长测定重力加速度①选取适当的摆长，测出摆长；②测出连续摆动50次的总时间t；共测5次。
③求出重力加速度及其不确定度；④写出结果表示。
2、绘制单摆周期与摆长的关系曲线①分别选取5个不同的摆长，测出与其对应的周期。
②作出T2-L图线，由图的斜率求出重力加速度g。
3、观测周期与摆角的关系定性观测:对一定的摆长，测出3个不同摆角对应的周期，并进行分析。
五、数据处理1、用给定单摆测定重力加速度摆长：??/2?915.6?5.43?921.03mm=0.92103m=96.60/50=1.932s重力加速度:?4?220.921034?==9.742m/s2221.932?d?t??d15i?d?2n(n?1)?2.78?10.85?10.862?10.84?10.862?(10.86?10.86)2?(10.87?10.86)2?(10.88?10.86)2（55?1）＝0.02mm取游标卡尺的仪器不确定度为σb＝0.02mm，则?d??d2??b2?0.022?0.022?0.03mm?l?t??l15i?l?2n(n?1)?2.78?915.6?915.62?915.4?915.62?(915.8?915.6)2?(915.5?915 .6)2?(915.7?915.6)2＝0.2mm（55?1）取米尺的仪器不确定度为σb＝0.5mm，则因线长的不确定度远大于直径的0.03mm，所以?l??l2??b2?0.22?0.52?0.6mm?L??l?0.6mm?50T?t?2.78???50T?50T?i152n(n?1)?96.50?96.60?2??96.43?96.60?2??96.56?96.60?2??9 6.71?96.60?2??96.80?96.60?255?1＝0.2s?T??50T/50?0.004s??eg2??2222?0.004??0.62?0.42%?915.61.932??=9.742×0.42%＝0.05m/s2重力加速度：g=??=(9.74±0.05)m/s2广州的重力加速度：g=9.788m/s2百分误差：e0?9.788?9.?100%＝4.7％34.00L(m)在曲线中取A、b两点，得：k?3.95?2.00?3.99（s2/m）(0.900?0.500)2g?4?2/k?4?2/3.99?9.89（m/s）9.7884．周期与摆角关系的定性研究小球半径r=0.00543mL=l+r＝0.9058m百分误差：e0?9.788?9.89?100%＝1.1％结论：由表中数据可知，周期随着角度的增加而略为变大。
单摆实验报告
由上表数据可作 T2-L 图线如下图所示：
又由图可知 T2-L 图线为一条直线，可求得其 斜率为：k=26.046(cm/s2) 所以 g=4π2k=10.72(m/s2)
文档
六、实验结果与分析 测量结果：用单摆法测得实验所在地点重力加速度为：
g 1072 1.9( cm s 2) U r(g ) 1.26%
d 2.188cm
n( 次) T(s)
50T T
ΔT
1
85.21 1.704 -0.003
2
85.37 1.707
0
3
85.40 1.708 0.001
4
85.36 1.707
0
T T 1.707 0.002 (s)
l l 72.39 0.05 (cm) (单次测量)
∴
g
4
2
l T2
4
文档
实验分析： 单摆法测重力加速度是一种较为精确又简便的测量重力加速度方法。本实验采用较精密的数
字毫秒仪计时减小了周期测量误差。实验误差由要来源于①摆长的测量误差，但由于摆长较长， 用钢卷尺测量产生的相对误差也较小，所以用钢卷尺也能达到较高的准确度；②系统误差：未能 严格满足单摆模型造成的误差，如未严格在竖直平面摆动。 要提高本实验的准确度可从以下方面着手：尽可能满足理想单摆条件,如增大摆长；测时间 七、实验分析与讨论
2
100.60
不同摆长对应的周期
88.90 90.00 95.00 94.95
78.90 80.00 89.82 89.70
68.90 70.00 84.10 84.18
58.90 48.90 60.00 50.00 77.48 70.82 77.53 70.81
单摆实验报告的总结
单摆实验报告的总结单摆实验报告的总结引言：单摆实验是物理学中常见的实验之一，通过观察单摆的运动规律，可以研究摆动的周期和振幅与摆长之间的关系。
本文将对进行的单摆实验进行总结和分析，以期得出一些有意义的结论。
实验目的：本次单摆实验的目的是研究摆动的周期与摆长之间的关系，并验证摆长对周期的影响。
实验装置和方法：实验装置包括一个重物挂在一根细线的一端，另一端固定在一个支架上。
在实验中，我们调整了摆长，并测量了摆动的周期。
实验过程中，我们保持摆动的振幅较小，以减小摆动的误差。
实验结果：我们分别设置了不同的摆长，并记录了每次摆动的周期。
通过对数据的整理和分析，我们得出了以下结论：1. 摆长与周期的关系：我们发现，摆长与周期之间存在着一定的关系。
当摆长较短时，周期较短；而当摆长较长时，周期较长。
这与我们的预期相符，即摆长越长，重物摆动的周期越长。
2. 摆长与重力加速度的关系：我们进一步分析了摆长与重力加速度之间的关系。
通过测量不同地点的重力加速度，并将其与对应的摆长进行比较，我们发现了一个有趣的现象：摆长与重力加速度之间存在着线性关系。
具体而言，当摆长增加时，重力加速度也随之增加。
这一发现引起了我们的兴趣，我们进一步探索了其中的原因。
3. 摆长与阻尼的关系：在实验过程中，我们还观察到了摆长与阻尼之间的关系。
我们发现，当摆长较短时，摆动的阻尼较小；而当摆长较长时，摆动的阻尼较大。
这说明摆长对于阻尼的影响也是存在的。
结论：通过本次单摆实验，我们得出了以下结论：1. 摆长与周期之间存在正相关关系，摆长越长，周期越长。
2. 摆长与重力加速度之间存在线性关系，摆长增加时，重力加速度也随之增加。
3. 摆长与阻尼之间存在关系，摆长越长，阻尼越大。
这些结论为我们进一步研究摆动的规律提供了重要的参考。
在实际应用中，我们可以利用这些结论来设计和优化一些振动系统，提高其性能和稳定性。
不足之处和改进方向：虽然本次实验取得了一些有意义的结果，但仍存在一些不足之处。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
单摆的设计与研究
(设计性实验)
【实验简介】
单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。
本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。
【设计任务与要求】
1、用误差均分原理设计一单摆装置，测量重力加速度，测量精度要求
%2〈∆g
g。
2、 对重力加速度g 的测量结果进行误差分析和数据处理，检验实验结果是否达到设计要求。
3、自拟实验步骤研究单摆周期与质量、空气阻力等因素的关系，试分析各项误差的大小。
【设计的原理思想】
一根不可伸长的细线，上端悬挂一个小球。
当细线质量比小球的质量小很多，而且小球的直径又比细线的长度小很多时，此种装置称为单摆，如图1所示。
如果把小球稍微拉开一定距离，小球在重力作用下可在铅直平面内做往复运动，一个完整的往复运动所用的时间称为一个周期。
当单摆的摆角很小（一般θ<5°）时，可以证明单摆的周期T 满足下面公式
g
L T π2= （1）
224T
L g π= （2）
式中L 为单摆长度。
单摆长度是指上端悬挂点到球心之间的距离；g 为重力加速度。
如果测量得出周期T 、单摆长度L ，利用上面式子可计算出当地的重力加速度g 。
从上面公式知
T 2和L 具有线性关系，即L g
T 2
24π=。
对不同的单摆长度L 测量得出相对应的周期，可由T 2～
L 图线的斜率求出g 值。
【测量方案的制定和仪器的选择】
本实验测量结果的相对误差要求≤2℅，由误差理论可知，g 的相对误差为
22)2()(t t
L L g g ∆+∆=∆从式子可以看出，在ΔL 、Δt 大体一定的情况下，增大L 和t 对测量g 有利。
由误差均分原理的要求，各独立因素的测量引入的测量误差应相等，则 22
%)1()(
〈∆L
L ，本实验中单摆的摆长约为100cm,可以计算出摆长的测量误差要求为 ΔL <1cm,故选择米尺测量一次就足以满足测量要求；
同理 22
%)1()2
(〈∆t
t ，当摆长约为1m 时，单摆摆动周期约为2秒，可以计算出周期的测量误差要求为Δt ≤0.01s,要作到单次测量误差小于0.01s 相当不容易，停表的误差主要是由判断计时开始和终止时的不准确以及动作反应快慢所产生的，因而可以采用连续测量多个周期来减小每个周期的误差，若每次测量引入约四分之一周期的误差，即0.5s 则连续72次的周期测量即可满足测量误差的要求。
【实验步骤的设计】
1、 测量摆长L ：取摆长大约1m ，测量悬线长度l 0 六次及小球直径D 一次，求平均得2
0D
l L +
= 2、 粗测摆角θ：应确保摆角θ<5 °。
3、 测量周期T ：计时起点选在摆球经过平衡位置的时刻，用停表测出单摆摆动50次的时间 T 50，共测量6次，取平均值。
4、 计算重力加速度：将测出的 和T 50代入 2
2
)
/(4n T L g n π=中（其中n 为周期的连续测量次数），计算出重力加速度g ，并计算出测量误差。
5、用金属作为摆线，以改变摆线的质量，以研究摆线质量对测g 的影响
6、用乒乓球作为摆球，形容空气浮力对测g 影响
【实验记录和数据处理】 橙色字体的数据是在实验室测量出的原始数据，其他数据是计算所得。
1、 重力加速度g
对摆长为L 的单摆，测量在ο5<θ的情况下，测量连续摆动n
说明：
(1)摆长L 应是摆线长加小球的半径(如图2)。
L =l －(d /2) (2)球的振幅小于摆长的
12
1
时，ο5<θ。
(3)握停表的手和小球同步运动，测量误差可能小些。
(4)当摆锤过平衡位置O '时，按表计时，测量误差可能小些。
(5)为了防止数错n 值，应在计时开始时数“零”，以后每过一个周期，数1，2，…..，n 。
1、用米尺(量程：2m ，分度值：1mm)测摆线长
2、用游标卡尺(量程：125cm ，分度值：0.02mm)测求的直径d
3、用电子秒表(分度值：0.01s)测n=50的t 值
Δl 仪=仪器分度值=0.1mm ，Δd 仪=仪器分度值=0.02mm ，Δt 仪=仪器分度值=0.01S, 2、考查摆线质量对测g 的影响
按单摆理论，单摆摆线的质量应甚小，这是指摆线质量应远小于锤的质量。
一般实验室的单摆摆线质量小于锤的质量的0.3%，这对测g 的影响很小，在此实验的条件下是感受不到的。
为了使摆线的影响能感受到，要用粗的摆线(如用保险丝类)，每米长摆线的质量达到锤的质量的1/30左右；
3、考查空气浮力对测g 影响
实验结果分析：
1）用周期T 随摆角θ变化的二级近似式
)2sin 411(22θπ
+=g L T
计算出上述相应角度的周期数值，并进行比较（其中g 取当地标准值）．
安装设备时注意让仪器处于水平状态
要注意小摆角的实验条件，例如控制摆角θ＜5º。
要注意使小球始终在同一个竖直平面内摆动，防止形成“锥摆”。
思考题：
（1）请想出一种用摆锤为不规则形状的重物（如一把挂锁）制成“单摆”，并测定重力加速度g 的方法。
（2）假设单摆的摆动不在竖直平面内，而是作圆锥形运动（即“锥摆”）．若不加修正，在同样的摆角条件下，所测的g 值将会偏大还是偏小？为什么？
（3）如果在单摆的摆动过程中让摆长发生变化，会出现什么现象，设计实验并观察现象，分析结果。
图3
图4。