物理与STEAM融合实验：探究单摆周期与摆长的关系教学设计

实验：探究单摆周期与摆长的关系

一、实验目的

探究单摆周期和摆长的定量关系

二、实验原理

单摆在偏角很小(小于5°)时，可看成简谐运动，单摆振动的周期与振幅、摆锤质量无关，与摆长有关。

三、实验器材

铁架台（带铁夹），中心有孔的金属小球，约1m长的细线，米尺，游标卡尺（选用），秒表

四、实验步骤

1、做单摆

(1)让线的一端穿过小球的小孔，然后打一个比小孔稍大一些的结，制成一个单摆。

(2)把线的上端用铁夹固定在铁架台上并把铁架台放在实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自由下垂，在单摆平衡位置处作上标记。

2、测摆长

用米尺量出从悬点到小球上端的悬线长，再用游标卡尺测量出摆球的直径d，则摆长+   。

3、测周期

将单摆从平衡位置拉开一个小角度(摆角小于5°)，然后释放摆球让单摆在竖直平面内摆动。当单摆摆动稳定后，过平衡位置时开始计时，测量30～50次全振动的时间。计算出完成一次全振动的时间，即为单摆的振动周期T。

4、改变摆长重测周期

将单摆的摆长变短或变长，重复实验三次，测出相应的摆长和周期T。

五、数据处理

作出T- L和T²-L图象

六、误差分析

1、系统误差

主要来自于单摆模型本身是否符合要求，即悬点是否固定，摆球和摆长是否符合要求，最大摆角是否不超过5，是否在同一竖直平面内摆动等。

2、偶然误差

（ 1 ）主要来自于时间测量，测量时间时要求从摆球通过平衡位置开始计时，在记次数时不能漏记或多记。同时应多次测量，再对多次测量结果求平均值。

（ 2 ）测长度和摆球直径时，读数也容易产生误差。秒表读数读到秒的十分位即可。

七、实验结论

现象：T²-L图象是一条过原点的直线

结论：单摆的周期与摆长的二次方跟成正比