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[!--downpath--]肇庆学院中学生实验报告告
院（系）名称
化学系
班
姓名
别
专业名称
数学教育
学号
实验课程名称
普通化学实验I实验项目名称
热学实验：单摆
实验时间
实验地点
实验成绩
指指导老师签名
一、实验目的
（1）学会用单摆测定当地的重力加速度。
（2）研究单摆震动的周期和摆长的关系。
（3）观察周期与摆角的关系。
θL
二、实验原理
如图所示，将一根不易伸长并且质量可忽视的细线下端固定，上端系一体积很小的金属小球绳长远小于小球的半径，将
mgsinθ
小球自平衡位置拉至一边（摆角大于5°），之后释放，小球即θmgcosθ
在平衡位置左右往返作周期性的摆动，这儿的装置就是单摆mg
设摆点O为极点，通过O且与地面垂直的直线为极轴，
逆秒针方向为角位移的正方向。因为作用于小球的重力和绳子张力的合力必顺着轨道的切线方fmgsin
向且指向平衡位置，其大小
设摆长为L，依据牛顿第二定理，并注意到加速度的切
2dal2
dt向方向份量，即得单摆的动力学多项式
2d
mlmgsin2dt
2dg2
dtl结果得
由上式可知单摆作简谐震动，其震动周期
2l
T2
文档l2
g4T
或
借助上式测得重力加速度g，可采取两种方式：第一，选定某给定的摆长L，借助多次测lT量对应的震动周期iT，算出平均值，之后求出i
g；
第二，选定若干个摆长，测出各对应的周期，
2Tlii
做出图线，它是一条直线，由该直线的斜率K可求得重力加速度。
三、实验仪器器
单摆，秒表，米尺，游标百分表。
四、实验内容
11、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。
22、、绘制单摆周期与摆长的关系曲线
①分别选定5个不同的摆长，测出与其对应的周期。
②作出T-L图线，由图的斜率求出重力加速度g。
33、、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，并进行剖析。
四、实验内容和步骤
（1）
仪器的调整
1．调节立柱，使它顺着铅直方向，评判标准是单摆悬线、反射镜上的竖直刻线及单摆悬线的像两者重合。
2．为使标尺的角度值能真正表示单摆的摆角，联通标尺，使其中心与单摆悬点间的距离y满足下式ABy180
5AB式中为标尺的角度数，可取，而是标尺上与此5°相对应的弦长，可用米尺量度。
（2）
借助给定摆长的单摆测定重力加速度
1．适当选择单摆宽度，测出摆长。注意，摆长等于悬线宽度和摆球直径之和。
2．用于使摆球离开平衡位置（﹤5°），之后令它在一个弧形上摆动，待摆动稳定后，测出连续摆动50次的时间t，重复4次。
3．由上述结果求出重力加速度及其标准误差。
（3）
勾画周期与摆长的关系曲线2
Tl在60cm—100cm之间取5个摆长，并测出与它们对应的周期，做出图线。若图线为直线，
文档则求出其斜率和重力加速度。
五、实验数据与处理理
摆球半径：
d2.190cm
d2.188cm
d2.186cm
d2.188cm
1231．用估算法g及其标准误差：
给定摆长mL=72.39cm的周期
n(
1234平均
次)
T(s)
50T85.2185.3785.4085.36—
T1.7041.7071.7081.7071.707ΔT-0.00300.00100.002
TT1.7070.002
(s)
ll72.390.05
(cm)
(单次检测)
l72.3922cm∴
g443.14980.78()
2s22
T1.707
估算g的标准误差：
T0.00300.001022222
i4
9.1310(s)Tn(n1)4(41)
4l0.059.13103()2()()4()1.2810
glT72.391.707
3cm1.2810980.781.26()
g2s
结果
g9.810.02(ms)
g2．按照不同摆长测得相应摆动周期数据
不同摆长对应的周期
L(cm)i98.9088.9078.9068.9058.9048.90
L(cm)50T(S)100.0090.0080.0070.0060.0050.00N（次）
1100.1695.0089.8284.1077.4870.822100.6094.9589.7084.1877.5370.81
文档3100.2195.1289.5084.0477.6470.914100.1195.0589.8484.2077.5070.9650T100.2795.0389.7284.1377.5470.88（S）
T2.0051.9001.7941.6831.5511.418（S）
2T4.0203.6103.2182.8322.4062.011
（S）
由上表数据可作T-L图线如右图所示：
又由图可知T-L图线为一条直线，可求得其
斜率为：k=26.046(cm/s)
22
所以
g=4πk=10.72(m/s)
文档
六、实验结果与剖析
检测结果：用单摆法测得实验所在地点重力加速度为：
g210721.9(cms)
U(g)1.26%r
实验剖析：
单摆法测重力加速度是一种较为精确又简便的检测重力加速度方式。本实验采用较精密的数字微秒仪计时减少了周期检测偏差。实验偏差由要来始于①摆长的检测偏差，但因为摆长较长，用钢尺子检测形成的相对偏差也较小，所以用钢尺子也能达到较高的确切度；
②系统偏差：无法严格满足单摆模型导致的偏差，如未严格在竖直平面摆动。
要提升本实验的确切度可从以下方面着手：尽可能满足理想单摆条件,如减小摆长；
测时间
七、实验剖析与讨论
由以上两种方式可看出，用估算法求得重力加速度比较接近标准值，且其标准误差为0.02,
说明检测比较确切。而用画图法求重力加速度时，求得的g为10.72(m/s)，偏差较大，可见在描点绘图的过程中又增在了偏差。
八、实验心得
通过此次实验学习了简单设计性实验的基本技巧，应用偏差均分原则选用适当的仪器和检测方式，剖析基本偏差的来源及进行修正的方式。并且实验测得数据的偏差较大，估算所得的重力加速度与实际相差较大，所以对检测的把握不够，应熟悉检测方式和方法，同时明白到化学是一门严谨的科学，尤其对于化学实验，稍有不慎将形成巨大错误，因而我们应当以严谨的心态对待化学实验，并在实验中体会化学实验的乐趣，把握化学实验方式。
文档
美国教育123——单摆实验
——记日本高中三年级的科学课
高中三年级中学生正在学习运动、方向和速率，教学要求是理解为何只能改变一个变量，怎样改变。结合学习内容设计一个实验——单摆，中学生要评价和构造一个每秒钟摆动六次的单摆。
班主任没有告诉中学生，单摆的摆动次数取决于单摆的宽度，但提醒中学生记录科学活动时有不同的记录形式，以及须要什么物理知识和技能。
中学生分为每三人一组，做实验的材料：一段绳子、一把剪子、一卷胶水和几个规格及质量各不相同的螺母。所要完成的任务是：建造一个钟摆；
把钢笔用胶水固定在椅子上，把单摆挂在钢笔上使其能自由摆动；
估算单摆在15秒内的摆动次数。
将测定的结果记录出来以后，讨论为何每组记录的摆动次数都不一样。你们提出的诱因包括：绳子的厚度、垫圈的质量、垫圈的半径，以及在启动单摆时把螺帽抬起的高度。讨论过后，再做实验便于验证那个缘由是正确的。每位组选择否认一种说法的实验。
一个小组把半径不同的单摆挂在厚度一样的绳子上，单摆启动的高度也一样。另一组采用一条绳子和一个螺栓，但每次启动单摆的高度越来越高。第三组把绳子剪成不同的宽度，并且采用同样的螺母和同样的启动高度。最后你们得出的推论是：摆动次数的差异是因为绳子宽度的不同导致的。
第二天，班主任在班主任里放了一个为单摆制做的木板。木板底部有一排撤单摆的木桩，木板顶部是一排连续的数字。班主任让每组把原先的单摆挂在与固定时间内的摆动次数相对应的木桩上，然手解释结果并讨论，经过很长时间的讨论，最后你们得出的推论：固定时间内的摆动次数随绳子宽度的降低而有规律地降低。
班主任发觉，你们制做地单摆在15秒内摆动了5次和7次单摆实验视频，没有6次的，于是要求每组制做一个在15秒内摆动6次的单摆。又经历的长时间的测试和关于如何才算一次“摆动”的激烈争辩，最后各组均制做成功。班主任又提出要求，怎样将绳子的宽度与摆动次数之间的关系用比实物更简约的方式抒发下来，中学生则或作图形或作图表。
第三堂课是讨论图表，中学生则将图画简化为以线和点为主的示意图。最后，班主任要求每位中学生按照自己的图制做一个摆动一定次数的单摆。
在这一过程中，中学生描述、解释和预测了一种自然现象，同时学到了位置和运动的概念，把握了收集、分析和抒发数据的能力。
单摆实验并不难，然而这样的教学设计，这样的教学过程，可以使中学生理解为何要控制变量。中学生在学习自然定理的同时，根据科学研究的正规要求做科学实验单摆实验视频，除了有利于她们理解科学定理的含意，也让她们亲身经历的获得科学推论的验证过程。这有利于她们了解科学发展的规律和领悟科学精神，也有利于培养她们自主探究能力、动手实践能力。
在我国，讲单摆的原理用不上三节课，只须要先讲三分钟的原理，之后由老师做演示实验，最后使中学生课后做有关单摆的习题。至于单摆原理的理解和为何要控制变量，中学生们多是从教科书上背定义，由于观看演示实验并没有多么深刻的印象。我们的教学进度之所以快，是由于我们省略了中学生自己动手制做试验材料，省略了系统记录试验数据，省略了剖析不同实验现象，省略了对变换不同变量后的实验结果进行集体讨论。
在这样的课堂教学中，我们通过省略了众多内容，实现了我们课堂教学的高效率！这样的高效率与日本的低效率相比那个更有利于中学生的全面发展，那个更有利于中学生的可持续发展，那个更有利于创新性人才的培养？