大学物理实验研究单摆的运动特性

研究单摆的运动运动特性

物科院 电子3班 朱姜楠 07150309

伽利略（1564-1642）首先证明，如果空气摩擦的影响可以忽略不计，则所有自由下落的物体都将以同一加速度下落，这个加速度就是重力加速度。重力加速度是一个重要的物理量，准确测定它，无论在理论上，还是在科研和生产等方面的偶有极其重大的意义。单摆实验是一个经典实验，通过对重力加速度的测量，学习使用实验数据的分析方法和误差来源分析及处理方法。

实验目的

1. 研究单摆振动周期与摆长的关系。

2. 测量当地的重力加速度，并进行数据处理和误差分析。

实验原理

单摆的运动在摆角很小时（小于5度）可以看成是简谐振动，振动周期T与摆锤重心到悬挂点的距离l以及实验处的重力加速度g有以下关系：

仪器

单摆装置（锥形球、细线）、米尺、多功能分秒仪、游标卡尺等。

实验内容

1. 测量5种不同摆长

2. 测量周期，学会使用多功能分秒仪

3. 以摆长l为横坐标，振动周期T的平方为纵坐标作图并分析实验结果。 4. 求出重力加速度g

实验数据及数据处理

1. 单摆摆长与周期的关系实验数据

2. 作摆长l与周期平方关系图，根据l-关系图分析l与的线

单摆实验

【实验目的】

1．通过对单摆周期的大量精密测量，利用偶然误差统计分布规律验证高斯误差分布定律，从而加深对偶然误差统计规律的认识。

2．利用单摆测重力加速度，掌握用不确定度分析讨论测量结果的方法，学会测量结果表达式的正确书写。 【实验仪器】

GM-1单摆实验仪（编号） 数字毫秒计（编号） 米尺 【实验原理】

一、利用偶然误差统计分布规律验证高斯误差分布定律

构思：对偶然误差服从正态分布规律的最好验证是统计检验。就是在一定条件下进行大量（几百次或更多）的精密测量，将其偏差的分布与理论值相比较，即是将偏差出现在一定区间的实际个数与理论计算的预期个数相比较，如果两者一致，则可以认为正态分布规律是成立的。

方案：

1、统计直方图 …… 2、误差的置信概率 …… 二、利用单摆测重力加速度 构思：…… 方案：…… 【实验内容及步骤】

一、利用偶然误差统计分布规律验证高斯误差分布定律（自拟） 二、利用单摆测重力加速度（自拟） 【数据记录及处理】

一、利用偶然误差统计分布规律验证高斯误差分布定律

单摆次数

1 2 3

累计时间(s)

0.668 1.400 2.023

周期（T/s）

1.355 1.381 1.387

偶然误差

大学物理实验试卷

本试卷满分 40 分。请将答案全部写在试卷上，第四大题可写在试卷背面。 一、选择题

1、某物体长度约为 2 厘米，为使测量结果有 5 位有效数字，应选用的测量 仪器是: (D ) (A)米尺 (B)二十分游标尺 (C)五十分游标尺 (D)千分尺

2、某电流值的测量结果为 I=(30.55±0.05)mA，则下面关于被测电流 的真值I0的哪种理解是正确的 ( D )

(A) I0=30.55mA (B) I0=30.50mA 或 I0=30.60mA (C) 30.50mA

4、用 0.5 级量程为 0～7.5mA，面板刻度为 150 格的电流表测一电路中的电流, 下列哪个测量数据 记录正确 ( C )

(A)6mA (B) 6.0mA (C) 6.00mA (D) 6.000mA 5、已知 N＝2A2／B3,则正确的误差传递公式为: ( C )

(A)ΔN＝[（2AΔA）2＋（3B2ΔB）2]1/2 (B)ΔN＝2[（2AΔA）2＋（3B2ΔB）2]1/2 (C)Δ

第二章部分训练题

1． 在系统误差、随机误差和粗大误差中，难以避免且无法修正的是（A.系统误差, B.随机

误差, C.粗大误差。） 答： B 2． 有一组等精度多次测量的数据：L=2.385mm、2.384mm、2.386mm、2.384mm、2.382mm、

2.383mm。它们的A类不确定度为：（A. 0.0014mm B. 0.006mm C. 0.002mm D. 0.007mm） 答： b 3． 根据第2题的数据，可以判断测量量具的最小量程是：（A. 0.001mm B. 0.01mm C.

0.004mm D. 0.02mm） 答： b 4． 采用0.02mm精度的游标卡尺测量长度时，其B类不确定度为：（A. 0.022mm B. 0.03mm

C. 0.01mm D. 0.012mm） 答： d 5． 有一个电子秒表，其最

大学物理实验习题

一、 选择题

1．下面说法正确的是： [ ]

A：系统误差可以通过多次测量消除； B：偶然误差一定能够完全消除； C：记错数是系统误差；

D：系统误差是可以减少甚至消除的； 2．几位同学关于误差作了如下讨论：

甲：误差就是出了差错，只不过是误差可以计算，而差错是日常用语，两者没有质的区别。 乙：误差和差错是两个完全不同的概念，误差是无法避免的，而差错是可以避免的。 丙：误差只是在实验结束后，对实验结果进行估算时需要考虑。

丁：有测量就有误差，误差伴随实验过程始终，从方案设计、仪器选择到结果处理，均离不开误差分析。 正确的选择是： [ ]

A：甲乙丙丁都对； B：乙和丁对，甲和丙错； C：只有丁对，其它均借； D只有丙对，其它都错； E：只有乙对，其它均错； F：甲错，其它都对。 3．请选出下列说法中的不正确者 [ ]

A：当被测量可以进行重复测量时，常用重复测量的方法来减少测量结果的偶然误差。 B：对某一长度进行两次测量，其测量结果为10Cm和10.0Cm，则两次测量结果是一样的。 C：已知测量某电阻结果为R=

大 学 物 理 实 验

规 范 化 教 学 指 导 书

应用物理系物理实验室

2003年1月

目 录

实验一 测量误差与数据处理 实验二 力学及本测量 实验三 电学基本仪器与测量 实验四 光学基本知识与测量 实验五 不规则物体密度的测定 实验六 实验七 实验八 实验九 实验十 实验十一 实验十二 实验十三 实验十四 实验十五 实验十六 实验十七 实验十八 实验十九 实验二十 实验二十一实验二十二实验二十三实验二十四实验二十五实验二十六实验二十七实验二十八实验二十九实验三十 实验三十一实验三十二实验三十三实验三十四

刚体的转动惯量的测量

用拉伸法测金属丝的杨氏弹性模量 弹簧振子的简谐振动 测定液体的粘滞系数

用电热法测量热功当量

电阻的测量（设计性实验）

线性电阻和非线性电阻的伏安物性曲线 惠斯登电桥的应用及铜电阻温度系数的测定 万用表的组装与校准（设计性实验） 灵敏电流计的研究

电位差计的原理和使用 电子束的加速和电偏转

电子示波器的使用 霍尔效应及磁场的测定 非均匀磁场的测定 等厚干涉 分光计的调整 光栅的衍射

三棱镜折射率的测定 照相

大学物理实验心得

通过这个学期大学物理实验课程，我体会颇深。在这学期地物理实验课程中，我的收获与心得颇多：

一、 养成课前预习的好习惯。实验时，为了规定的时间内快速高效的完成实验，

达到良好的实验效果，需要认真的预习，才能在课上更好的学习，收获的更多，掌握的更多。

二、 上课时认真听老师做预习知道和讲解，把老师特别提醒会出错的地方写下

来，做实验时切勿出错。

三、 做实验时按步骤进行，切不可太心急，一步到位。一些小细节尤其要注意：

课堂操作需要我们严格遵守实验的各项规则，要将仪器放置在合理的位置，以方便使用和确保安全。

经过这一学期，我学会了列表法、图解法、函数表示法等实验数据的处理方法，大大提高了我的实验能力和独立创造改进实验的能力。

下面是我对密立根油滴实验数据处理方法的一些改进：

密立根油滴实验数据处理方法的分析与改进

1909年至1917年，密立根进行了电子电荷的测量实验。他对电油滴在襄樊重力场和静电场中的运动进行了详细的研究，对数百颗小油滴进行测量。1913年，密立根发现，油滴所带电量存在一个最大处公约数，这就是基本电荷量，即一个电子电量e=【（1.591±0.003）×10*（-19）库伦】。从而证明了电荷量不是连续变化的，而是基本

实验总结

大学物理实验总结

经过十二周的时间，我已经做完了十二个普通物理实验，包括四个光学实验、四个力学实验、四个电学实验，它们都是验证性的实验，我从中确实收获了许多，包括理论知识方面的，也包括动手能力方面，更重要的是提高了自己动手去解决实验中遇到的问题的能力。

每一个实验我都认真的做好实验预习报告，清楚该实验的实验目的，实验仪器，和实验原理和实验内容，但是实验就是实验，做好预习并不能就解决实际中的一切问题，就像在做动态磁滞回线的测量时，自己的的磁滞回线与别人的刚好反向，找了好半天都没有找到原因，然后一问老师原来是忘了将反相按上来，但是不做预习，或许你连出现了问题时你都发现不了，因此，我认真地做好每一次预习报告。

做实验的目的不仅是掌握知识和技能，但更重要的是掌握一种思考解决问题的方法，培养一种科学的态度。确实自己在实验中也收获了它们，通过预习大致懂得了实验原理，熟悉了它的实验方法，并且也知道了在实验中动手操作时的注意事项，然后在实验过程中，遇到该类问题时就从各类注意事项中去查找，并从操作步骤去检查自己的个人错误，做完实验后，自己又进一步加强了对实验原理的理解，同时也增强了自己的动手能力，最后写实验报告时，在吃透实验原理的基础上，通过对实验数据的科学

第二章部分训练题

1．在系统误差、随机误差和粗大误差中，难以避免且无法修正的是（A.系统误差, B.随机误差, C.粗大误差。） 答： B 2．有一组等精度多次测量的数据：L=2.385mm、2.384mm、2.386mm、2.384mm、2.382mm、2.383mm。它们的A类不确定度为：（A. 0.0014mm B. 0.006mm C. 0.002mm D. 0.007mm） 答： B 3．根据第2题的数据，可以判断测量量具的最小量程是：（A. 0.001mm B.

0.01mm C. 0.004mm D. 0.02mm） 答： B 4．采用0.02mm精度的游标卡尺测量长度时，其B类不确定度为：（A. 0.022mm

B. 0.03mm C. 0.01mm D. 0.012mm） 答： D 5．有一个电子秒表，其最小分辨值为0.01S， 其仪器误差限应评定为：（A. 0.01S

大学物理实验试题

一、 填空题（共19分，每空0.5分）：

1．用霍尔法测磁感应强度时，霍尔片上除了不等势电压外，还存在由热电效应和热磁效应引起的各种副效应，这些副效应大多通过____________方法，即改变_________和___________的方向加以消除。如果电流沿X轴方向，磁场沿Z轴方向，由在Y轴方向测得的霍尔电压可推知霍尔电场沿Y轴正向，则此霍尔元件是由＿＿＿＿（填N型或P型 ）半导体材料制造的。

2． 牛顿环实验中测量两条纹直径的平方差是为了消除 _____________和 ______________测量的不确定性，在测量过程中保持单方向性是为了避免________________。

3．用共振干涉法（驻波法）测波长时，由干涉理论知，当换能器S1S2之间的距离xi满足xi = 时，将形成稳定的驻波，写出测定声速的表达式： ，并指出式中各物理量的物理意义： 。

4．读数显微镜使用时要特别注意避免产生 ，它的起因是 ，其避免的方法是：测量时测量鼓轮始终沿 转动。

5．声速测定实验中，如果两探头S1和S2间距为X,那么入射波与反射波形成驻波的条件是 _____________；相邻两波节间距为：_________