单摆测重力加速度 (设计性实验).ppt

单摆测重力加速度
(设计性实验)
物理实验中心
伽利略与单摆
有一次,伽利略信步来到他熟悉的比萨大教堂,他坐在一张长凳上,目光凝视着那雕刻精美的祭坛和拱形的廊柱,蓦地,教堂大厅中央的巨灯晃动起来,是修理房屋的工人在那里安装吊灯。
这本来是件很平常的事,吊灯像钟摆一样晃动,在空中划出看不见的圆弧。可是,伽利略却像触了电一样,目不转睛地跟踪着摆动的吊灯,同时,他用右手按着左腕的脉,计算着吊灯摆动一次脉搏跳动的次数,以此计算吊灯摆动的时间。
这样计算的结果,伽利略发现了一个秘密,这就是吊灯摆一次的时间,不管圆弧大小,总是一样的。一开始,吊灯摆得很厉害,渐渐地,它慢了下来,可是,每摆动一次,脉搏跳动的次数是一样的。
伽利略的脑子里翻腾开了,他想,书本上明明写着这样的结论,摆经过一个短弧要比经过长弧快些,这是古希腊哲学家亚里士多德的说法,谁也没有怀疑过。难道是自己的眼睛出了毛病,还是怎么回事。
伽利略像发了狂似的跑回大学宿舍,关起门来重复做这个试验。他找了不同长度的绳子、铁链,还有不知从哪里搞到的铁球、木球。在房顶上,在窗外的树枝上,着迷地一次又一次重复,用沙漏记下摆动的时间。最后,伽利略不得不大胆地得出这样的结论:亚里士多德的结论是错误的,决定摆动周期的,是绳子的长度,和它末端的物体重量没有关系。而且,相同长度的摆绳,振动的周期是一样的。这就是伽利略发现的摆的运动规律的过程。
实验目的
(1)掌握实验原理及方法。学习根据什么以及如何选择实验仪器和量具
(2)利用单摆测定重力加速度g值,要求
(3)分析受力情况,讨论误差原因,评价测量结果。
实验设计,就是要求学生设计实验方案,选择实验器材,安排实验步骤,进行数据处理及分析实验现象。它包括设计实验方案,设计实验步骤、设计实验改进方法等。实验设计,主要考察学生是否理解实验原理,是否具有灵活运用实验知识的能力,是否具有在不同情境下迁移知识的能力。
设计性实验
学生通过完成设计性实验,可以了解科学研究的思路、方法和步骤,使之具有严肃的科学态度、严密的科学思想和严谨的工作作风,培养学生的创新意识和创新精神,提高学生分析问题和解决问题的能力,提高学生综合素质,能有效地推动学生科研立项活动的开展,为将来从事科学研究打下良好的基础。
设计性实验意义
实验设计的四个原则
4. 单因子变量原则
单因子变量原则,即控制其他因素不变,只改变其中某一变量,观察其对实验结果的影响。除了整个过程中欲处理的实验因素外,其他实验条件要求做到前后一致。
3. 平行重复原则
平行重复原则,即控制某种因素的变化幅度,在同样条件下重复实验,观察其对实验结果影响的程度。
任何实验都必须能够重复,这是具有科学性的标志
1. 对照性原则
在实验设计中,通常设置对照组,通过干预或控制研究对象以消除或减少实验误差,鉴别实验中的处理因素同非处理因素的差异。
2. 随机性原则
设计性实验的一般步骤
实验题目的提出
实验方法的选定
实验内容设计
实验仪器的选择
实验步骤的拟定
实验数据的记录
实验数据的处理
提交报告
实验题目的提出和实验方法的选定
实验题目:
设计实验测量当地的重力加速度
可以列举出很多测量重力加速度的方法:
单摆、复摆、落球、滴水、小车拉试管‥‥‥
怎样从中选取合适的实验方法呢???
可行性原则(成本低、易于操作)
准确性原则
选择单摆法
实验原理
单摆
摆线不可伸长
摆线长远远大于摆球的直径
摆球的质量远远大于摆线的质量
理想化模型:在一根不能伸长、又没有质量的线的下端系一质点。
悬挂小球的细线的伸缩和质量可以忽略,线长又比球的直径大得多,这样的装置叫做单摆.
什么是单摆?
单摆的回复力
回复力大小: F=mg sinθ
在偏角很小时:
有F=-k x(简谐运动的条件)
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