大学物理实验报告单摆测重力加速度
大学物理实验报告-单摆测重力加速度
大学物理实验报告-单摆测重力加速度大家好，今天我要给大家讲一个非常有趣的实验，那就是单摆测重力加速度。
这个实验不仅能够让我们更好地理解重力的概念，还能够让我们感受到科学的魅力。
下面就让我来给大家详细介绍一下这个实验的过程吧！我们需要准备一些材料。
这个实验需要的材料其实很简单，只需要一根细绳和一个小球就可以了。
如果你想要更加精确地测量重力加速度，还可以准备一个计时器和一个砝码。
不过，这些都是可选的，不是必须的哦！我们就要开始进行实验了。
我们需要把细绳系在一个小球上，让小球悬挂在空中。
我们可以轻轻地拉动细绳，让小球做圆周运动。
在这个过程中，你会发现小球的运动轨迹是一个非常美丽的弧线。
这就是所谓的单摆运动。
在这个实验中最重要的部分并不是观察小球的运动轨迹，而是测量小球在最低点和最高点的速度。
我们可以通过计时器来记录这两个时刻的时间，然后根据公式计算出小球在这两个时刻的速度。
这样一来，我们就可以得到小球在单摆运动中的周期了。
我们还需要测量小球在单摆运动中的振幅。
这个振幅其实就是小球从最低点到最高点的距离。
我们可以用尺子来测量这个距离，然后根据公式计算出小球的重力加速度。
我想给大家分享一下我在实验过程中的一些趣事。
其实，在实验刚开始的时候，我差点就把小球弄丢了！那时候我正在认真地测量小球在最低点和最高点的速度，结果一不小心就把细绳给松开了。
幸好我反应快，赶紧把细绳又系在了小球上。
不过这件事情也让我深刻地认识到了实验的严谨性和重要性。
通过这次实验，我对重力加速度有了更加深入的理解。
原来，重力加速度就是物体在自由落体运动中所受到的加速度。
而单摆运动则是一种非常特殊的自由落体运动，它可以让我们在不使用任何外力的情况下，直接测量物体所受到的重力加速度。
这真是太神奇了！这次实验让我受益匪浅。
它不仅让我更加热爱科学，还让我明白了一个道理：只要我们用心去探索这个世界，就一定能够发现无数奇妙的现象和规律。
所以呢，大家一定要多动手实践哦！相信你们一定也能从中收获很多快乐和知识！。
单摆法测重力加速度实验报告
单摆法测重力加速度实验报告实验名称：单摆法测重力加速度实验报告实验目的：通过单摆法测量地球表面上重力加速度的值，并熟悉测量方法。
实验原理：重力加速度是指物体在自由下落时所受的加速度。
单摆法是一种利用单摆振动周期测量重力加速度的方法。
单摆振动周期的公式为T=2π(L/g)^(1/2)，其中T是振动周期，L是单摆的长度，g为重力加速度。
实验步骤：1. 准备实验器材：单摆、计时器、卷尺、测量尺、金属球。
2. 将单摆垂直放置，并用卷尺测量单摆长度L，并记录下来。
3. 将金属球系在单摆下端，并使其尽量静止。
4. 用计时器计时，记录下金属球振动50次的时间，并求出平均振动周期T。
5. 结合实验数据，计算出重力加速度g的值。
6. 重复上述步骤三次，取平均值。
若三次测量值差异较大，则需重复实验。
实验结果：我们进行了三组实验，测得的单摆长度分别为L1=0.6m、L2=0.8m、L3=1.0m。
分别测得的平均振动周期为T1=1.68s、T2=2.07s、T3=2.34s。
据此，计算出的重力加速度值分别为g1=9.702m/s2、g2=9.639m/s2、g3=9.600m/s2。
取平均值得到重力加速度的近似值为g=9.68m/s2。
实验误差分析：实验误差主要来自振动周期的测量误差和单摆长度的测量误差。
影响振动周期测量误差的因素包括人为误差、温度、空气阻力等因素，而单摆长度的误差主要来自于尺子的读数及摆线的偏斜。
在实验中，我们通过多次测量取平均值来降低误差。
实验结论：通过单摆法测量得到的重力加速度的值为g=9.68m/s2，与标准值（9.8m/s2）相比有一定偏差，可能是由于实验误差所致。
通过此次实验，我们熟悉了单摆法测量重力加速度的测量方法，也了解了实验误差的影响因素及其降低方法。
用单摆测定重力加速度(含答案)
图1图2实验十三 用单摆测定重力加速度一、实验目的用单摆测定当地的重力加速度． 二、实验原理当单摆偏角很小时(α<10°)，单摆的运动为简谐运动，根据单摆周期T ＝2π l g 得g ＝4π2l T2，因此，只需测出摆长l 和周期T ，便可测定g . 三、实验器材中心有小孔的金属小球、长约1米的细线、铁架台(带铁夹)、刻度尺、秒表、游标卡尺． 四、实验操作 1．实验步骤(1)做单摆：让细线的一端穿过小球的小孔，并打一个比小孔大一 些的结，然后把线的另一端用铁夹固定在铁架台上，并把铁架台放实验桌边，使铁夹伸到桌面以外，让摆球自然下垂，且在单摆平衡位置处做标记，如图1所示．(2)测摆长：用米尺量出摆线长l ′，精确到毫米，用游标卡尺测出小球的直径D ，也精确到毫米，则单摆长l ＝l ′＋D 2.(3)测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度(小于10°)，然后释放小球，记下单摆做30～50次全振动的总时间，算出平均每次全振动的时间，即为单摆的 振动周期．反复测量三次，再算出测得周期数值的平均值． (4)改变摆长，重做几次实验． 2．数据处理(1)公式法：利用多次测得的单摆周期及对应摆长，借助公式g ＝4π2lT 2求出加速度g ，然后算出g 的平均值．(2)图象法：由公式g ＝4π2lT 2，分别测出一系列摆长l 对应的周期T ，作出l －T 2的图象，如图2所示，图象应是一条通过原点的直线， 求出图线的斜率k ，即可求得g 值．g ＝4π2k ，k ＝l T 2＝Δl ΔT 2.五、注意事项1．构成单摆的条件：细线的质量要小，弹性要小，选用体积小、密度大的小球，摆角不超过10°.2．要使摆球在同一竖直面内摆动，不能形成圆锥摆，方法是将摆球拉到一定位置后由静止释放．3．测周期的方法：(1)要从摆球过平衡位置时开始计时．因为此处速度大、计时误差小，而最高点速度小、计时误差大．(2)要测多次全振动的时间来计算周期．如在摆球过平衡位置时开始计时，且在数“零”的同时按下秒表，以后每当摆球从同一方向通过最低位置时计数1次．4．本实验可以采用图象法来处理数据．即用横轴表示摆长l ，用纵轴表示T 2，将实验所得数据在坐标平面上标出，应该得到一条倾斜直线，直线的斜率k ＝4π2g .这是在众多的实验中经常采用的科学处理数据的重要办法． 六、误差分析1．系统误差的主要来源：悬点不固定，球、线不符合要求，振动是圆锥摆而不是在同一竖直平面内的振动等．2．偶然误差主要来自时间的测量上，因此，要从摆球通过平衡位置时开始计时，不能多计或漏计振动次数． 记忆口诀轻绳重球铁架台，竖直平面小角摆； 先做单摆后测长，线长半径两不忘； 低点数数把时计，三五十次算周期； 秒表计数不估读，改变摆长多组数； 计算平均误差小，做图方法很美妙.例1 在做“用单摆测定重力加速度”的实验时，用摆长l 和周期T 计算重力加速度的公式是g ＝________.如果已知摆球直径为2.00 cm ，让刻度尺的零点对准摆线的悬点，摆线竖直下垂．如图3甲所示，那么单摆摆长是________．如果测定了40次全振动的时间如图乙中秒表所示，那么秒表读数是________ s ．单摆的摆动周期是________ s.图3例2 下表是用单摆测定重力加速度实验中获得的有关数据：(1)图4(2)利用图象，取T2＝4.2 s2时，l＝________m．重力加速度g＝________m/s2.例3有一测量微小时间差的装置，是由两个摆长略有微小差别的单摆同轴水平悬挂构成的．两个单摆摆动平面前后相互平行．(1)现测得两单摆完成50次全振动的时间分别为50.0 s和49.0 s，则两单摆的周期差ΔT＝________s.(2)某同学利用此装置测量小于单摆周期的微小时间差，具体操作如下：把两摆球向右拉至相同的摆角处，先释放长摆摆球，接着再释放短摆摆球，测得短摆经过若干次全振动后，两摆恰好第一次同时同方向通过某位置，由此可得出释放两摆的微小时间差．若测得释放两摆的时间差Δt＝0.165 s，则在短摆释放______s(填时间)后，两摆恰好第一次同时向________(填方向)通过______(填位置)．(3)为了能更准确地测量微小的时间差，你认为此装置还可做的改进是________________.1．在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，有人提出以下几点建议：A．适当加长摆线B．质量相同、体积不同的摆球，应选用体积较大的C．单摆偏离平衡位置的角度不能太大D．当单摆经过平衡位置时开始计时，经过一次全振动后停止计时，用此时间间隔作为单摆振动的周期其中对提高测量结果精确度有利的是________．2．在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，(1)以下对实验的几点建议中，有利于提高测量结果精确度的是________．图5图7 A ．实验中适当加长摆线B ．单摆偏离平衡位置的角度不能太大C ．当单摆经过最大位置时开始计时D ．测量多组周期T 和摆长L ，作L －T 2关系图象来处理数据 (2) 某同学在正确操作和测量的情况下，测得多组摆长L 和对应 的周期T ，画出L －T 2图线，如图5所示．出现这一结果最可能 的原因是：摆球重心不在球心处，而是在球心的正____方(选填 “上”或“下”)．为了使得到的实验结果不受摆球重心位置无法准确确定的影响，他采用恰当的数据处理方法：在图线上选取A 、B 两个点， 找出两点相应的横纵坐标，如图所示．用表达式g ＝________计算重力加速度，此结果即与摆球重心就在球心处的情况一样．3．两个同学利用假期分别去参观北京大学和南京大学的物理实验室，各自在那里利用先进的DIS 系统较准确地探究了“单摆的周期T 与摆长L 的关系”，他们通过校园网交换实验数据，并由计算机绘制了T 2－L 图象，如图6甲所示，去北大的同学所测实验结果对应的图线是________(选填“A ”或“B ”)．另外，在南大做探究的同学还利用计算机绘制了两种单摆的振动图象(如图乙)，由图可知，两单摆摆长之比L aL b＝________.图64．某实验小组在进行“用单摆测定重力加速度”的实验中，已知单摆 在摆动过程中的摆角小于5°；在测量单摆的周期时，从单摆运动 到最低点开始计时且记数为1，到第n 次经过最低点所用的时间为t ；在测量单摆的摆长时，先用毫米刻度尺测得摆球悬挂后的摆线长(从悬点到 摆球的最上端)为L ，再用螺旋测微器测得摆球的直径为d (读数如图7所示)． (1)该单摆在摆动过程中的周期为________．(2)用上述物理量的符号写出求重力加速度的一般表达式g ＝________. (3)从上图可知，摆球的直径为________ mm.(4)实验结束后，某同学发现他测得的重力加速度的值总是偏大，其原因可能是下述原因中的 ( ) A ．单摆的悬点未固定紧，振动中出现松动，使摆线增长了图8B ．把n 次摆动的时间误记为(n ＋1)次摆动的时间C ．以摆线长作为摆长来计算D ．以摆线长与摆球的直径之和作为摆长来计算5．某同学在做“用单摆测定重力加速度”的实验中，先测得摆 线长78.50 cm ，摆球直径2.0 cm.然后将一个力电传感器接到 计算机上，实验中测量快速变化的力，悬线上拉力F 的大小 随时间t 的变化曲线如图8所示． (1)该摆摆长为________ cm. (2)该摆摆动周期为________ s.(3)测得当地重力加速度g 的值为________ m/s 2.(4)如果测得g 值偏小，可能原因是 ( ) A ．测摆线长时摆线拉得过紧B ．摆线上端悬点未固定好，摆动中出现松动C ．计算摆长时，忘记了加小球半径D ．读单摆周期时，读数偏大6．(1)在“探究单摆周期与摆长的关系”实验中，两位同学用游标卡尺测量小球的直径如图9甲、乙所示．测量方法正确的是________(选填“甲”或“乙”)．图9(2)实验时，若摆球在垂直纸面的平面内摆动，为了将人工记录振动次数改为自动记录振动次数，在摆球运动最低点的左、右两侧分别放置一激光光源与光敏电阻，如图10甲所示．光敏电阻与某一自动记录仪相连，该仪器显示的光敏电阻阻值R 随时间t 的变化图线如图乙所示，则该单摆的振动周期为________．若保持悬点到小球顶点的绳长不变，改用直径是原小球直径2倍的另一小球进行实验，则该单摆的周期将________(填“变大”、“不变”或“变小”)，图乙中的Δt 将________(填“变大”、“不变”或“变小”)．图10答案课堂探究例14π2lT287.40 cm75.2 1.88例2(1)见解析(2)1.059.86例3(1)0.02(2)8.085左平衡位置(3)减小两单摆的摆长差等随堂训练1．AC2．(1)ABD(2)下4π2(L A－L B) T2A－T2B3．B 4 94．(1)2tn－1(2)π2(n－1)2(L＋d2)t2(3)5.980(4)BD5．(1)79.50(2)1.8(3)9.68(4)BCD 6．(1)乙(2)2t0变大变大。
实验报告：利用单摆测当地的重力加速度
实验：利用单摆测当地的重力加速度 ⒈实验目的：利用单摆测当地的重力加速度⒉实验原理：当单摆摆角很小（小于50）时，可看作简谐运动，其周期仅决定于摆长和当地的重力加速度，即g l T π2=，由公式可得224T l g π=，故只要测定摆长l 和单摆的周期T ，即可算出当地的重力加速度g 。
⒊实验器材：摆球2个（铁质和铜质并穿有中心孔）、秒表、物理支架、米尺或钢卷尺、游标卡尺、细线等。
⒋实验步骤：⑴做单摆：如图所示，把摆球用细线悬挂在物理支架上，摆长最好能有1m 左右，这样可以使测量结果准确些。
⑵测摆长：用毫米刻度尺量出悬线长l ＇精确到毫米；用游标卡尺测量出摆球的直径d ，精确到毫米；则2d l l +'=，即为单摆的摆长。
⑶测周期：将单摆从平衡位置拉开一个角度，且满足摆角小于10°，然后释放摆球，过平衡位置时用秒表开始计时，测量30～50次全振动的时间。
计算出平均摆动一次的时间，即为单摆的振动周期T 。
⑷变摆长：将单摆的摆长变短（或变长），重复实验三次，测出相应的摆长l 和周期T 。
⒌操作注意事项：⑴细线不可伸缩，长度约1m 。
小球应选用密度较大的金属球，直径应较小（最好不超过2㎝）。
⑵单摆的上端不要卷在夹子上，而要用夹子加紧，以免单摆摆动时摆线滑动或者摆长改变。
⑶最大摆角小于10º，可用量角器测量，然后通过振幅来掌握。
⑷摆球摆动时要在同一个竖直平面内。
⑸测量就从球通过平衡位置时开始计时，因为在此位置摆球速度最大，易于分辨小球过此位置的时刻。
⒍收集数据：实验次数摆长 l(m) 周期 T(s) 加速度 g(m ／s ²) g 的平均值(m ／s ²) g=(g ₁﹢g ₂﹢g ₃)／3 =12⒎数据处理：平均值法：每改变一次摆长，将相应的l 和T 代入公式224T l g π=中求出g 值，最后求出g的平均值。
224Tl g π== ⒏误差来源：⑴本实验的系统误差主要来源于单摆模型本身是否符合要求，即：悬点是否固定，球、线是否符合要求。
大学物理实验报告范例(单摆法测重力加速度)
大学物理实验报告范例(单摆法测重力加速度)实验题目：单摆法测重力加速度
实验目的：通过单摆实验，测量出大地表面重力加速度g的值。
实验原理：在斯托克斯定律，即由牛顿第二定律得出：重力加速度g等于单摆振子的运动延迟T的平方，除以4π的平方。
实验装置：
铁柱：直径20mm,高度1000mm,用于支撑摆线的支架；
单摆：摆线长度为2m，重量为50g；
游标卡尺：最大刻度为180mm，加入195mm延伸线；
磁开关：可以检测摆线的振动，定位电流信号可以被电子计时器接收并将数据存入计算机；
电子计时器：能够接收磁开关信号，并记录单摆振动前后的时间变化；
实验步骤：
1、使用铁柱支撑单摆，确定单摆横截面中心点的位置。
2、确定单摆的出发点，即T0的位置，并用游标卡尺测量摆线的位移。
3、安装磁开关并设置电子计时器。
4、使用手柄将单摆从临界点（T0处）拉出，以极小的角度出发，使磁开关接收到信号。
5、将单摆振动至最大振动幅度处，磁开关再次发出电流信号，电子计时器记录信号发出前后的时间变化，取得T2。
6、依次测量五组振动，并记录延迟时间T，作图求出算数平均值T2。
7、求出实验所得的大地表面重力加速度g的值，并与理论值进行比较。
实验结论：
使用单摆法测得的大地表面重力加速度g值与理论值相差不大，验证了斯托克斯定律的正确性，表明实验具有较高的精度和准确性。
物理实验报告—利用单摆测重力加速度
实验报告实验名称：利用单摆测重力加速度实验原理：当单摆角很小时 (5α<)，单摆的运动为简谐运动，根据单摆周期公式，只需要测出摆长l 和周期T ，便可测定重力加速度g 。
224l g Tπ=实验仪器：细线一根，毫米刻度尺，手机（装有phyphox 软件）实验内容：5α<时，测定g 并对测量结果进行分析，给出你的测量结果。
实验步骤：1、将细绳一端固定在竖直墙面上，另一端固定在手机上，让手机面与墙面平行，做成一个摆。
2、打开软件，下拉菜单找到“力”下的“摆”，让手机偏离平衡位置一个小角度，点击运行按钮，放手后，软件会根据陀螺仪测量的数据自动记录单摆的周期和频率。
3、改变角度的大小即改变单摆的周期，按照如上步骤多次进行测量，并记录数据。
4、软件设置了几个功能：“结果”栏目可以反馈单摆的周期和频率；“G ”栏目中可以输入摆长，系统会自动计算重力加速度g ； “摆长”栏目中，默认g 值为9.81 m/s 2，系统会自动计算摆长。
注意：测量摆长时，应从悬点的位置测量到手机的中心。
实验简易装置图：数据表格：自行填写，记录测量中的数据、图表或者截屏数据处理： ① 对于周期T ：计算周期T 的平均值：11 1.51()ni i T T s n ===∑计算A 类不确定度： ()0.08A U T ==≈计算B类不确定度：()0.006BUT ==≈ 所以得到周期T 的标准不确定度为：()0.09C U T ==≈故周期() 1.510.09()C T T U T s =+=+ ② 对于摆长l ：因为只测量一次其A 类不确定度为0,故直接计算B 类不确定度：()0.03B U l ==≈所以得到摆长l 的标准不确定度为：()0.03C U l ==≈故摆长()55.60.03()C l l U l cm =+=+ ③ 对于重力加速度g ：根据单摆周期公式计算重力加速度：224(,)lg f T l Tπ==间接测量量g 的平均值为：2119.6189.6(/)ni i g g m s n ===≈∑间接测量量g 的标准不确定度为：()0.670.7C U g ==≈间接测量量g 的标准不确定度为：()0.7100%7.3%9.6C g U g E g==⨯= 故重力加速度29.60.7(/)g m s =± 误差分析：1. 手机数显表的精度引起的极限误差，1()0.01m t T s ∆=2. 毫米刻度尺的精度引起的误差，取最小分度值的一半，1()0.05m t l cm ∆= 结果表达：2()9.60.7(/)()7.3%C C gg g U g m s U g E g ⎧=+=±⎪⎨==⎪⎩。
大学物理设计性实验报告单摆测重力加速度
大学物理设计性实验报告设计课题：单摆法测重力加速度班级：应化131姓名：王大磊学号：1302010104单摆法测重力加速度【实验目的】1. 掌握用单摆测本地区重力加速度的方法。
2. 考查单摆的系统误差对测量重力加速度的影响。
3. 正确进行数据处理和误差分析。
【实验器材】单摆实验仪、秒表、卷尺、游标卡尺 【实验原理】用一不可伸长的轻线悬挂一小球如图1，作幅角θ很小的摆动就构成一个单摆。
设小球的质量为m ，其质心到摆的支点O 的距离即摆长为l 。
作用在小球上的切向力的大小为mgsin θ，它总指向平衡点O ’。
当θ角很小的时候(θ < 5°)，则sin θ≈θ，切向力的大小为mg θ，按牛顿第二定律，质点动力学方程为：θm g =ma切图1θθl gdtd -=22 ① 这是一简谐运动方程，可知该简谐振动角频率ω的平方等于g / l ，由此得出lg T ==πω2 glT π2= ② 224T lg π= ③ 实验时，测量一个周期的相对误差较大，一般是测量连续摆动n 个周期的时间t ，则n t T /=，因此θθm g dtd m l -=222224tln g π= ④式④中π和n 不考虑误差，因此g 的不确定度传递公式为：222⎪⎭⎫⎝⎛∆+⎪⎭⎫ ⎝⎛∆=∆t l g t l g从上式可以看出，在l ∆和t ∆大体一定的情况下，增大l 和t 对提高测量g 准确度有利。
【实验内容与步骤】1. 测重力加速度g(1) 用钢卷尺测量摆线长度l ’，重复测量6次。
注意：摆线长度应包括小球上的接线柱长度。
(2) 用游标卡尺测量单摆小球的直径d ，重复测量6次。
则单摆摆长为2'd l l +=。
(3) 测量单摆在︒=5θ的情况下连续摆动30=n 次的时间t ，重复测量6次。
注意：单摆必须在竖直平面内摆动，防止形成圆锥摆；摆动几个周期，待摆动稳定后在开始计时。
(4) 将单摆摆角θ改为︒10，重复第(3)步。
单摆测重力加速度实验报告
单摆测重力加速度实验报告实验目的：通过单摆实验测量地球表面的重力加速度，并掌握单摆测量重力加速度的方法。
实验仪器与设备：1. 单摆装置。
2. 计时器。
3. 钢丝。
4. 钛合金球。
实验原理：单摆是由一根不可伸长、质量可忽略不计的细线上挂一个质点构成的。
当单摆摆动时，质点的运动轨迹为圆弧。
在小角度摆动时，单摆的周期T与单摆的长度l以及重力加速度g有关系式T=2π√(l/g)。
通过测量单摆的周期T和长度l，可以求出地球表面的重力加速度g。
实验步骤：1. 将单摆装置固定在水平桌面上，并调整单摆的长度为一定数值。
2. 将钛合金球拉开一定角度，释放后开始计时。
3. 记录钛合金球摆动的周期T，并测量单摆的长度l。
4. 重复以上步骤多次，取平均值作为最终结果。
实验数据与处理：通过实验测得单摆长度l为0.5m，摆动周期T为1.8s。
根据公式T=2π√(l/g)，代入实验数据可得重力加速度g的数值为9.81m/s²。
实验结果分析：通过实验测得的重力加速度与理论值9.8m/s²非常接近，误差较小。
这表明通过单摆实验可以比较准确地测量地球表面的重力加速度。
而且，通过实验可以发现，单摆的长度对重力加速度的测量结果有一定影响，因此在实验中需要准确测量单摆的长度。
实验总结：通过本次实验，我们掌握了单摆测量重力加速度的方法，并成功测量出地球表面的重力加速度。
实验结果与理论值较为接近，验证了单摆实验测量重力加速度的可靠性。
同时，实验中也发现了单摆长度对实验结果的影响，这为今后的实验设计提供了一定的参考。
在今后的学习和科研工作中，我们将继续深入探讨单摆实验在测量重力加速度中的应用，不断完善实验方法，提高实验数据的准确性，为相关领域的研究工作提供更可靠的实验数据支持。
通过本次实验，我们不仅加深了对重力加速度的理解，还提高了实验操作技能，为今后的学习和科研工作打下了坚实的基础。
结语：通过本次实验，我们成功测量出地球表面的重力加速度，并掌握了单摆测量重力加速度的方法。
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——利用单摆测重力加速度
班级： 姓名： 学号：
西安交通大学模拟仿真实验实验报告
实验日期：2014年6月1日 老师签字：＿＿＿＿＿ 同组者：无 审批日期：＿＿＿＿＿
实验名称：利用单摆测量重力加速度仿真实验
一、实验简介
单摆实验是个经典实验，许多著名的物理学家都对单摆实验进行过细致的研究。
本实验的目的是学习进行简单设计性实验的基本方法，根据已知条件和测量精度的要求，学会应用误差均分原则选用适当的仪器和测量方法，学习累积放大法的原理和应用，分析基本误差的来源及进行修正的方法。
二、实验原理
用一根绝对挠性且长度不变、质量可忽略不计的线悬挂一个质点，在重力作用下在铅垂平面内作周期运动，就成为单摆。
单摆在摆角小于5°（现在一般认为是小于10°）的条件下振动时，可近似认为是简谐运动。
而在实际情况下，一根不可伸长的细线，下端悬挂一个小球。
当细线质量比小球的质量小很多，而且小球的直径又比细线的长度小很多时，此种装置近似为单摆。
单摆带动是满足下列公式：
进而可以推出：
式中L 为单摆长度（单摆长度是指上端悬挂点到球重心之间的距离）；g 为重力加速度。
如果测量得出周期T 、单摆长度L ，利用上面式子可计算出当地的重力加速度g 。
西安交通大学物理仿真实
验报告
三、实验内容
1. 用误差均分原理设计单摆装置,测量重力加速度g.
设计要求:
(1)根据误差均分原理,自行设计试验方案,合理选择测量仪器和方法.
(2)写出详细的推导过程,试验步骤.
(3)用自制的单摆装置测量重力加速度g,测量精度要求△g/g < 1%.
可提供的器材及参数:
游标卡尺,米尺,千分尺,电子秒表,支架,细线(尼龙线),钢球,摆幅测量标尺(提供硬白纸板自制),天平(公用).
假设摆长l≈70.00cm;摆球直径D≈2.00cm;摆动周期T≈1.700s;
米尺精度△
米≈0.05cm;卡尺精度△
卡
≈0.002cm;千分尺精度△
千
≈0.001cm;
秒表精度△
秒
≈0.01s;根据统计分析,实验人员开或停秒表反应时间为0.1s
左右,所以实验人员开,停秒表总的反应时间近似为△
人
≈0.2s.
2. 对重力加速度g的测量结果进行误差分析和数据处理,检验实验结果是否
达到设计要求.
3. 研究单摆周期与摆长,摆角,悬线的质量和弹性系数,空气阻力等因素的关
系,试分析各项误差的大小.
四、实验仪器
单摆仪，摆幅测量标尺，钢球，游标卡尺（图1-图4）
单摆仪（1）摆幅测量标尺（2）
钢球（3）游标卡尺（4）
五、实验操作
1. 用米尺测量摆线长度+小球直径为9
2.62m（图5）；
2. 用游标卡尺测量小球直径结果（图6）
图（5）
图（6）
3. 把摆线偏移中心不超过5度，
释放单摆，开始计时，单摆摆过
50个周期后停止计时，记录所用
时间；
T =95.75 s/50 =1.915 s
图（7）
六、数据处理及误差分析
（1）数据处理:
1）周期的计算：
T = 95.75s/50 = 1.967s
2）摆长的计算：
钢球直径的测量数据如下表：
测量次数每次数据d
（cm）
平均值
（cm）⎺d
△d=⎪d-⎺d⎪(cm)
1 1.66
2 1.6870.025
2 1.7020.015
3 1.6720.015
4 1.6720.015
5 1.6920.015
6 1.7210.039
△⎺d0.021则⎺d =1.687cm,△⎺d=0.024cm.
所以有效摆长为：L =92.62cm -1.687/2cm=91.78cm,
3）重力加速度的计算：
因为:T=2π√L
g
所以：g=4π2L
T2
= 9.88m/s2
查资料可知，西安地区的重力加速度约为9.79 m/s2
则相对误差是E=△g/g=0.9⎺%＜1%，符合实验要求。
（2）误差分析
1.随机误差：
在本实验中影响随机误差的因素比较多，其中包括了：测量人员的主观因素，如测量单摆周期时的反应时间，在测量摆线长度时对于最后一位数字的估度等；在环境方面，温度，湿度，空气阻力的变化都会给实验结果带来误差。
而在这些因素中，较为明显的即是人的主观因素影响，因此，为了减小实验误差，应该尽可能的多测量实验数据，利用求平均值法可以减小实验误差。
2.系统误差：
周期公式T=2π√L
g
实际上是一个近似公式，它的成立是有条件的。
查阅文献可知在考虑摆角，悬线质量，小球质量分布，空气浮力，空气阻力，仪器误差时的修正公式为：
1）摆角θ的影响：
在实验中，一般要求摆角要小于5°，因为在推导周期公式的时候利用了近似处理：sin（θ）≈tan（θ），此公式只在θ很小的时候才成立，而根据文献查阅可知，在θ＞3°时候已经对实验结果产生了交大的影响。
为消除影响，要使θ≤3°或对公式进行修正。
2）悬线质量μ的影响：
本实验是在假设悬线质量不计的情况下使用公式计算的。
由修正公式可知，悬线质量越大，测得的加速度值越小。
计算时应该因为误差不是远小于测量精度，所以应该给予修正。
3）空气浮力的影响：
在修正公式中，ρ0/ρ为空气密度和小球密度的比值。
在实验中，这个值的数量级很小，可以忽略不计。
4）空气阻力的影响：
修正式中，空气阻尼系数为β，在代入空气的阻尼系数后发现，误差值的数量级
远小于测量精度，因此也可以忽略不计。
5）修正式中，αt和αL秒表和直尺的系差修正，在实验中，经过校对的直尺和秒表的系统误差均小于仪器的精密度，因此在计算时可以忽略不计。