大学物理实验-熊永红-多功能摆的设计与研究省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢,多功能摆的设计与研究,喻力华,第1页,单摆法测量重力加速度,一、开篇设问,预备问题（针对试验原理、仪器操作等）：,1.伽利略单摆公式成立前提条件是什么？,2.何谓误差均分原理？它在试验设计、仪器选取方面起什么作用？,3.何谓累积放大测量方法？在本试验中有没有限制？能无限累积放大吗？,4.影响单摆法测量重力加速度g精度主要原因有哪些？,5.怎样用不确定度方法来分析和评定单摆试验结果？并分析试验测量值与理论设计值差异。,第2页,学生轻易犯错问题：,1.摆长确实定，应该包含摆球半径。,2.怎样确定单摆试验中小角摆动问题？并预计小振幅角摆动条件。,3.试验中应尽可能使单摆在同一平面内摆动，防止圆锥摆情况发生。,课后要思索问题或扩展问题：,1.改变摆角，研究大摆角时，单摆运动规律，观察其周期改变，并讨论原因。,2.改变摆球形状和质量，研究不一样摆球运动规律和阻尼状态。,3.利用单摆原理自行设计一个简单测量装置，测量某种物理量或某种运动规律。,第3页,二、背景介绍,伽利略发觉了摆等时性原理，指出摆周期与摆长平方根成正比，而与摆质量和材料无关，为以后摆钟设计与制造奠定了基础。1673年，荷兰科学家惠更斯制造惠更斯摆钟就利用了摆等时性原理。西方工艺家们把摆等时性原理用于时钟上，作为稳定计时器，使机械钟能够指示出秒，从而将计时精度提升了近100倍。即使依据牛顿力学原理，能够得到相关单摆振动特征全方面特征，单摆作为一个最经典试验，依然是众多形形色色、用途各异精密摆基础，它不但在学生进行科学试验训练方面有很大作用，在科学研究和精密仪器设计等各个方面都有主要价值。,第4页,三、试验原理,理想单摆应该是一根没有质量，没有弹性线，系住一个没有体积质点，在真空中纯粹因为重力作用，在与地面垂直平面内作摆角趋于零自由振动。因为作简谐振动，其周期为：,(1),考虑空气浮力及摆角不为零等原因，单摆周期公式应为：,(2),第5页,其中摆角对T修正为：,依据（1）式，重力加速度计算公式为：,（3）,第6页,由全微分能够得到：,（4）,所以，重力加速度相对不确定度为：,（5）,（6）,第7页,本试验中单摆相关参数为：,l,45.00cm,d,20.0mm，所以周期预计T,1.3s，依据（6）式能够得到摆长、周期测量误差应满足：,（7）,所以，摆长用米尺测量足已。,依据累计放大测量方法，同时预计测量者开、停秒表反应时间近似为0.2秒，应该测量周期倍率（周期数）为：,（次）,试验中测量60倍周期，以确保足够小测量不确定度。,第8页,四、试验仪器,米尺、游标卡尺、秒表、支架、细线、钢球等。,五、试验内容,共测量6次60倍周期，及钢球直径和摆线长度。,数据处理与结果分析,1。计算各直接测量值平均值和不确定度，写出直接测量量结果表示式。,2。将直接测量结果带入单摆公式，求武汉地域重力加速度g。,3。推导不确定度传递公式，计算相对不确定度，写出正确结果表示式。,4。分析实际测量中误差主要起源，与设计要求比较，是否到达设计要求？,5。若要提升测量精度，应从哪些方面改进？,第9页,扭摆法测量切变模量,一、开篇设问,预备问题（针对试验原理、仪器操作等）：,1.扭摆周期与刚体转动惯量及钢丝切变模量关系怎样？,2.什么是刚体转动惯量平行轴定理？它在本试验中所起作用？,3.影响扭摆法测量钢丝切变模量精度主要原因有哪些？,学生轻易犯错问题：,1.应尽可能防止扭摆旋转中心晃动。,2钢丝两端应用螺丝栓紧，防止钢丝在锁紧孔中滑动。,3钢丝长度因为两端固定螺丝之间距离。,第10页,课后要思索问题或扩展问题。,1.为了增加测量精度，选取刚体转动惯量应该增加还是减小？钢丝长度和粗细又应怎样选取？,2.改变摆角，观察其运动规律改变，并讨论原因。,二、背景介绍,摆动是最基本物理现象，摆是物理试验最简单和基本试验装置。在日常生活、工业生产、当代测量技术和科学研究各个领域中，人们已研制出形态千差万别、功效各不相同摆，比如：单摆、双线摆、三线摆、振动摆、扭摆、弹簧摆、冲击摆、复摆、倒立摆、圆锥摆、电磁摆、混沌摆等等。依据摆基本原理设计出来各种精密仪器和装备，为科学发展和社会进步作出了显著贡献，比如，葛氏扭摆内耗仪、凯特摆、傅科摆等。,第11页,三、试验原理,依据刚体力学原理及弹性特征，扭摆周期能够表述为：,（1）,试验装置如图说示，钢丝下端悬挂一金属杆，金属杆上距离中心对称地分布着一些圆孔，能够将两个钢球对称地放置在到中心等距地两个圆孔上。,第12页,（2）,第13页,（3）,所以，测量出两不一样转动惯量下扭摆周期，钢球到旋转中心距离，两钢球质量，钢丝长度和直径，即可由（3）式计算出钢丝切变模量。,四、试验仪器,多功效摆底座和支架、米尺、数字游标卡尺、数字天平、光电计时器、钢丝、钢球、金属杆等。,第14页,五、试验内容,测量钢球放置在4个不一样孔位时扭摆周期，每一孔位测量6次。分别利用13、24、14三对孔位处周期平方差，计算钢丝切变模量。,数据处理与结果分析,计算各直接测量值平均值和不确定度，写出直接测量量结果表示式。,将直接测量结果带入（3）式，计算切变模量。,2 推导不确定度传递公式，计算相对不确定度，写出正确结果表示式。,3 分析实际测量中误差主要起源，应从哪些方面减小误差？,第15页,第16页,