單擺實驗中減小誤差的技巧-

1、 單擺實驗中減小誤差的技巧張麗偉1,吳春玲2(11新鄉(xiāng)師范高等專科學校,河南新鄉(xiāng)453000;2.新鄉(xiāng)市第三十中學,河南新鄉(xiāng)453000摘要:從單擺實驗中的幾個關(guān)鍵步驟入手,探討了單擺實驗中減小誤差的技巧,并較詳細地介紹了時間的測量技巧。關(guān)鍵詞:單擺;測量誤差;測量技巧中圖分類號:G 63317文獻標識碼:A 文章編號:167223325(20040320072202用單擺測重力加速度是高等院校力學中的基礎(chǔ)實驗之一。公式簡單,操作方便,然而由于測量的技巧問題,在同一實驗室里同時做實驗的學生得出的結(jié)果卻是不盡相同,甚至差別很大。為此,筆者從如下五個方面入手,研究了單擺實驗中減小誤差的技巧。一、確

2、保擺角5我們知道,單擺測重力加速度的近似公式為T =2(L g 12(1變形后為:T 2=42L g(2它是在擺角很小(一般取5的情況下得出的。由此可知,擺角的不同將直接影響測量結(jié)果。為了使測量結(jié)果具有較好的重復性,保持擺角不變是一個重要的環(huán)節(jié)。一般來說,單擺裝置上都裝有角度盤,(如圖1。但由于盤上刻度之間的弧長s 是固定的,所以,當改變擺線的長度l 時,仍用角度盤上標的度數(shù)作為標準顯然是不準確的。因此,我們可用畫有角度5的木板(如圖2。固定在單擺的上部,讓木板上的角度頂點o 點與單擺擺線的上端固定點0重合。二、合理選擇擺長公式(1中,是將擺球當作質(zhì)點(即球的大小和擺線的長度相比可不計,擺線視

3、為輕線(即擺線的質(zhì)量和擺球的質(zhì)量相比可不計。而事實上以上理想狀態(tài)是不可能絕對達到的,并且擺球和擺線通常是已經(jīng)配好的。為了減小實際操作中的誤差,只有在擺球盡量小,擺線盡量輕,才能減小有擺球大小和擺線質(zhì)量帶來的誤差。而擺球是固定的,那么就讓擺線盡量長一些,即讓l s .否則,擺線長度選擇不當,測量的誤差也是非常明顯的。三、使擺作平面振動我們在實驗中所用的公式(2 是以單擺作平面運動為前圖1單擺實驗裝置提導出的,如果在操作時不注意,很容易將平面運動變成圓錐運動,運動的規(guī)律也就變了,仍用(2式計算,誤差是不言而喻的。四、米尺避開“零”點測量擺長,應在擺線受擺球重力自然下垂時測量,另外,還應避開米尺的起

4、始端點,即“0”刻度點,而選“0”點附近的第17卷第3期2004年9月新鄉(xiāng)教育學院學報JOURNAL OF XINXI ANG EDUCATI ON COLLEGE V o l .17,N o.3SEP,2004收稿日期:2004203210作者簡介:張麗偉(19632,女,河南省新鄉(xiāng)縣人,副教授,河南師范大學物理工程學院在讀碩士研究生。研究方向:物理實驗。 圖2帶有角度的木板某一整刻度l 1所頂在擺線的上端,然后鉛直向下,一直拉到擺球的底部,用直尺在球的底部垂直指向米尺,讀出實數(shù)l 2,然后在用游標卡尺測出球的直徑d ,通過計算得出擺長:l =l 2-l 1-d2如圖3.用這種方式測出的擺長

5、誤差較小 。圖3用米尺測擺長技巧五、時間測量技巧由(2式可知,公式中的時間量是以平方的形式出現(xiàn)的,所以說時間的誤差對結(jié)果的影響將會很大。因此,時間的測量技巧尤為重要。以下從四個方面探討時間的測量技巧。(一秒表“預停”檔的利用測時間所用的停表開關(guān),在卡簧處有兩個檔位,用手指輕輕按下第一個位置(“預開”檔,表并未走動或停下,但是離第二檔的距離卻更近了,所以在開動停表前,應先按下第一檔做好準備,以便在突然開表或停表時,減小因手動反映過程造成的記時誤差。(二秒表跟蹤擺球同步振動當擺球擺動的周期數(shù)快夠時,卡表的手指應卡下開關(guān)的“預開”檔,并且跟蹤擺球一起振動,這樣,大腦對擺球位置的感覺會更直接,更準確,

6、降低因大腦反應過程造成的時間差。(三最佳視覺參考點的選取對于正規(guī)廠家生產(chǎn)的單擺裝置一般都裝有一塊小平面鏡固定在直桿上。測量前,人眼的視線一貫正對平面鏡,使擺線與其鏡中的像正好重合,比切對準在鏡片的刻度線上。保持這樣的視線位置,可消除視覺誤差。(四合理選擇擺的計時位置在測量周期時,合理選擇擺的計時位置也是有必要的,雖然理論上選在何處都一樣,但對于實際測量中人為因素的影響,一般選擇擺球振動的最低點(即“平衡位置”作為周期的起始點。因為在該點擺球運動的速度最大,所以擺球在該點附近經(jīng)過的時間就最短?？梢源偈箤嶒炚吒皶r更迅速地卡表,縮短時間差。相反,若在擺動中的最高點計時,由于單擺在此處運動的很慢,在

7、擺球并未有太大移動時,時間已跳過不少,帶進的時間誤差就大。以上分析可知,在單擺實驗中,要想減小測量誤差,需要注意的地方還是比較多的,必須以認真嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,才能使所的結(jié)果更接近真實值。參考文獻:1張麗偉,梁彥天.單擺測動加速度的誤差問題J .新鄉(xiāng)師范高等?？茖W校學報,2000,(112劉繼祥,劉安平,孫憲喜.普通物理實驗M .東營:石油大學出版社.1999:394213賈利群,劉沛龍,梁彥天.物理實驗學M .北京:東方東營出版社,1999:75771【責任編校郭濤】The Sk ill of Reduc i ng Errors i n the Exper i m en t of Si m p

8、le Pendulu mZHANG L iwe i W U Chun l i ng(D epartm ent of Physics in X inxiang T eachers Co llege H enan 453000,N o .30M iddle Schoo l X inxiang ,H enan 453000Abstract :To Start w ith som e key step s of Single Pendulum Experi m ent ,w e p robe into the technique to di m inish the er 2ro r and elabo rately introduce the m