大学物理实验课程设计实验报告

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北方民族大学大学物理实验（设计性实验）实验报告指导老师：王建明姓名：张国生学号：XX0233 学院：信息与计算科学学院班级：05信计2班重力加速度的测定

一、实验任务精确测定银川地区的重力加速度

二、实验要求测量结果的相对不确定度不超过5%

三、物理模型的建立及比较初步确定有以下六种模型方案：方法

一、用打点计时器测量所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的p 点，用米尺测出op的距离为h，其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g. 方法

二、用滴水法测重力加速度调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t

2. 方法

三、取半径为r的玻璃杯，内装适当的液体，固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转，这时液体相对于玻璃杯的形状

为旋转抛物面重力加速度的计算公式推导如下：取液面上任一液元a，它距转轴为x，质量为m，受重力mg、弹力n.由动力学知：

nosα-mg=0

（1）nsinα＝mω2x

（2）两式相比得tgα=ω2x/g，又tgα=d/dx，∴d=ω2xdx/g，∴/x=ω2x/2g.∴g=ω2x2/

2. .将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、测出，将转台转速ω代入即可求得g. 方法

四、光电控制计时法调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得

g=2hn2/t

2. 方法

五、用圆锥摆测量所用仪器为：米尺、秒表、单摆. 使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h（见图1），用秒表测出摆锥n转所用的时间t，则摆锥角速度ω=2πn/t 摆锥作匀速圆周运动的向心力f=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得：g=4π2n2h/t

2. 将所测的n、t、h代入即可求得g值. 方法

六、单摆法测量重力加速度在摆角很小时，摆动周期为：则通过对以上六种方法的比较，本想尝试利用光电控制计时法来测量，但因为实验室器材不全，故该方法无法进行；对其他几种方法反复比较，用单摆法测量重力加速度原理、方法都比较简单且最熟悉，仪器

在实验室也很齐全，故利用该方法来测最为顺利，从而可以得到更为精确的值。

四、采用模型六利用单摆法测量重力加速度摘要：重力加速度是物理学中一个重要参量。地球上各个地区重力加速度的数值，随该地区的地理纬度和相对海平面的高度而稍有差异。一般说，在赤道附近重力加速度值最小，越靠近南北两极，重力加速度的值越大，最大值与最小值之差约为1/300。研究重力加速度的分布情况，在地球物理学中具有重要意义。利用专门仪器，仔细测绘各地区重力加速度的分布情况，还可以对地下资源进行探测。伽利略在比萨大教堂内观察一个圣灯的缓慢摆动，用他的脉搏跳动作为计时器计算圣灯摆动的时间，他发现连续摆动的圣灯，其每次摆动的时间间隔是相等的，与圣灯摆动的幅度无关，并进一步用实验证实了观察的结果，为单摆作为计时装置奠定了基础。这就是单摆的等时性原理。应用单摆来测量重力加速度简单方便，因为单摆的振动周期是决定于振动系统本身的性质，即决定于重力加速度g和摆长l，只需要量出摆长，并测定摆动的周期，就可以算出g值。实验器材：单摆装置（自由落体测定仪），钢卷尺，游标卡尺、电脑通用计数器、光电门、单摆线实验原理：单摆是由一根不能伸长的轻质细线和悬在此线下端体积很小的重球所构成。在摆长远大于球的直径，摆锥质量远大于线的质量的条件下，将悬挂的小球自平衡位置拉至一边（很小距离，摆角小于5°），然后释放，摆锥即在平衡位置左右作周期性的往返摆动，如图2-1所示。 f=p sinθ f θ

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t=posθ p=mg l 图2-1单摆原理图摆锥所受的力f是重力和绳子张力的合力，f指向平衡位置。当摆角很小时（θ 5°），圆弧可近似地看成直线，f也可近似地看作沿着这一直线。设摆长为l，小球位移为x，质量为m，则sinθ= f=psinθ=-mg=-mx （2-1）由f=ma，可知a=-x 式中负号表示f与位移x方向相反。单摆在摆角很小时的运动，可近似为简谐振动，比较谐振动公式：a==-ω2x 可得ω= 于是得单摆运动周期为：t=2π/ω=2π（2-2） t2=l （2-3）或g=4π2（2-4）利用单摆实验测重力加速度时，一般采用某一个固定摆长l，在多次精密地测量出单摆的周期t后，代入（2-4）式，即可求得当地的重力加速度g。由式（2-3）可知，t2和l之间具有线性关系，为其斜率，如对于各种不同的摆长测出各自对应的周期，则可利用t2—l图线的斜率求出重力加速度g。试验条件及误差分析：上述单摆测量g的方法依据的公式是式,这个公式的成立是有条件的，否则将使测量产生如下系统误差:

1.单摆的摆动周期与摆角的关系，可通过测量θ 5°时两次不同摆角θ

1、θ2的周期值进行比较。在本实验的测量精度范围内，验证出单摆的t与θ无关。实际上，单摆的周期t随摆角θ增加而增加。根据振动理论，周期不仅与摆长l有关，而且与摆动的角振幅有关，其公式为： t=t0 式中t0为θ接近于0o时的周期，即t0=2π2．悬线质量m0应远小于摆锥的质量m，摆锥的半径r应远小于摆长l，实际上任何一个单摆都不是理想的，由理论可以证明，此时考虑上述因素的影响，其摆动周期为：

3．如果考虑空气的浮力，则周期应为：式中t0是同一单摆在真空中的摆动周期，ρ空气是空气的密度，ρ摆锥是摆锥的密度，由上式可知单摆周期并非与摆锥材料无关，当摆锥密度很小时影响较大。

4．忽略了空气的粘滞阻力及其他因素引起的摩擦力。实际上单摆摆动时，由于存在这些摩擦阻力，使单摆不是作简谐振动而是作阻尼振动，使周期增大。上述四种因素带来的误差都是系统误差，均来自理论公式所要求的条件在实验中未能很好地满足，因此属于理论方法误差。此外，使用的仪器如千

附送：

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北方民族大学大学物理实验（设计性实验）实验报告指导老师：

王建明姓名：

张国生学号：

XX0233 学院：

信息与计算科学学院班级：

05信计2班重力加速度的测定

一、实验任务精确测定银川地区的重力加速度

二、实验要求测量结果的相对不确定度不超过5%

三、物理模型的建立及比较初步确定有以下六种模型方案：

方法

一、用打点计时器测量所用仪器为：

打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的p点，用米尺测出op的距离为h，其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt22得g=2ht

2，将所测代入即可求得g. 方法

二、用滴水法测重力加速度调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=tn，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′22可得g=2hn2t

方法

三、取半径为r的玻璃杯，内装适当的液体，固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转，这时液体相对于玻璃杯的形状为旋转抛物面重力加速度的计算公式推导如下：

取液面上任一液元a，它距转轴为x，质量为m，受重力mg、弹力n.由动力学知：

nosα-mg=0

（1）nsinα＝mω2x

（2）两式相比得tgα=ω2xg，又tgα=ddx，∴d=ω2xdxg，

∴x=ω2x2g. ∴ g=ω2x2

.将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、测出，将转台转速ω代入即可求得g. 方法

四、光电控制计时法调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时

间为t′=tn，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′22可得

g=2hn2t

方法

五、用圆锥摆测量所用仪器为：

米尺、秒表、单摆. 使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h（见图

1），用秒表测出摆锥n转所用的时间t，则摆锥角速度

ω=2πnt 摆锥作匀速圆周运动的向心力f=mgtgθ，而tgθ=rh所以mgtgθ=mω2r由以上几式得：

g=4π2n2ht

将所测的n、t、h代入即可求得g值. 方法

六、单摆法测量重力加速度在摆角很小时，摆动周期为：

则通过对以上六种方法的比较，本想尝试利用光电控制计时法来测量，但因为实验室器材不全，故该方法无法进行；对其他几种方法反复比较，用单摆法测量重力加速度原理、方法都比较简单且最熟悉，仪器在实验室也很齐全，故利用该方法来测最为顺利，从而可以得到更为精确的值。

四、采用模型六利用单摆法测量重力加速度摘要：

重力加速度是物理学中一个重要参量。地球上各个地区重力加速度的数值，随该地区的地理纬度和相对海平面的高度而稍有差异。一般说，在赤道附近重力加速度值最小，越靠近南北两极，重力加速度的值越大，最大值与最小值之差约为1300。研究重力加速度的分布情况，在地球物理学中具有重要意义。利用专门仪器，仔细测绘各地区重力加速度的分布情况，还可以对地下资源进行探测。伽利略在比萨

大教堂内观察一个圣灯的缓慢摆动，用他的脉搏跳动作为计时器计算圣灯摆动的时间，他发现连续摆动的圣灯，其每次摆动的时间间隔是相等的，与圣灯摆动的幅度无关，并进一步用实验证实了观察的结果，为单摆作为计时装置奠定了基础。这就是单摆的等时性原理。应用单摆来测量重力加速度简单方便，因为单摆的振动周期是决定于振动系统本身的性质，即决定于重力加速度g和摆长l，只需要量出摆长，并测定摆动的周期，就可以算出g值。实验器材：

单摆装置（自由落体测定仪），钢卷尺，游标卡尺、电脑通用计数器、光电门、单摆线实验原理：

单摆是由一根不能伸长的轻质细线和悬在此线下端体积很小的重球所构成。在摆长远大于球的直径，摆锥质量远大于线的质量的条件下，将悬挂的小球自平衡位置拉至一边（很小距离，摆角小于5°），然后释放，摆锥即在平衡位置左右作周期性的往返摆动，如图2-1所示。f =p sinθ f θ t=p osθ p = mg l 图2-1 单摆原理图摆锥所受的力f是重力和绳子张力的合力，f指向平衡位置。当摆角很小时（θ

一、问题的提出 xx同志在第三次全国教育工作会议上的讲话中指出：

“要说素质，思想政治素质是最重要的素质”。可见德育是素质教育的核心，研究和构建学校德育评价体系，是加强学校德育工作的当务之急。坚持以德育为首，是关系到学校办学方向的大问题。但长期以来，对德育说起来重要，干起来次要，忙起来不要，在实际工作中德育工作是个软任务、软指标3缺乏严格的考评和具体、规范的衡量标准。在德育管理与评价中，抽象的多，具体的少；要求的多，可

操作的少；定性的多，定量或定性定量相结合的少，德育的实效性差。在学校的德育工作中，存在着等上级安排计划的多，自己主动设计开展的少；发现问题被动补偿性教育多，发挥德育主导作用少；零打碎敲的教育多，系列养成教育少等问题。在德育养成上形不成教育系列，建立不起实质性的教育评价管理网络。在时间、空间、人力和物力上得不到强有力的衔接和保证，不利于调动德育工作者的积极性、主动性，不利于学生良好思想品德的形成和发展。随着市场经济体制的不断深化，学校生存和发展的竞争日益激烈。育人的质量决定着学校的命运，努力提高教育教学质量已成为办好学校的硬任务。以上各点都说明如何发挥德育评价的功能，构建学校德育管理与评价体系，是需要认真研究的重要问题。

二、实验内容及过程德育评价研究的基础、目标及任务

1．德育评价的基础条件近年来，由于世界经济和科技的竞争，都十分重视智力资源的开发，重视教育质量和效益的鉴定和检验，教育评价作为衡量教育的有效手段，也同时得到了迅速的发展。我国在教育评价的理论、评价的方法以及评价模式上也有了重大突破和发展：

在教育思想的评价方面由“选拔适合教育的儿童”转向了“创造适合儿童的教育”；在评价教育的对象及范围方面由教师评学生扩大到对整个教育领域的评价；由单一狭窄的学习范畴，扩展到素质教育的更广泛的各个方面；在评价方法和技术上，由单纯的定量或单纯的定性评价发展到定量和定性相结合，自评和他评相结合，使评价对象由被动、客体地位转到主动积极参与的主体地位。当前，德育评价理论的建设，还处于起步阶段，在评价新体系的构建上必须认真学习、

掌握、研究已有的理论经验，并在实践的基础上，结合校情，从实际出发，创建出具有自己特色的管理评价体系。

2．德育评价实验的目标及任务中共中央《关于进一步加强和改进学校德育工作的实施意见》指出，“要建立德育工作的评估制度，并把德育工作作为评价一个地区、一所学校的教育教学工作的重要内容”，在国家“九五”重点课题《整体构建学校德育体系》的子课题的管理评价研究中，实验的最终目的就是要变单纯的行政管理、单纯的衡量尺度为调动师生积极性，使评价成为提高教育教学质量的动力和保证。通过研究评价功能，使广大师生在对考评的理论认识和思想观念上有一个突破，充分认识评价在教育发展中的地位和作用。要突破思想观念中僵化的评价模式，活跃评价的思想和理论，推进管理与评价实验的发展，拓宽评价功能范围，提高评价对实际工作的效能。创造适应教育发展的新的管理与评价体系，变评价对象为评价主体；变被动消极等待为积极主动参与；变外部行政监管为启动内因活力，使管理与评价相结合。同时，通过德育评价研究要促进学校德育实效性的力度，建立适合学校校情的德育管理与评价体系及班级、个人评价管理素质量表，在评价的操作和方法上有一个新突破。实验研究的任务主要是：

健全学校德育工作考评体系，科学、有效地开展德育管理评价工作，优化各处室、各级管理部门及年级的管理评估机制，使评价在管理中实现，管理在评价中完善、提高。使管理人员既是评价人又是被评价者，使管理评价“你中有我，我中有你”，从而实现全员、全面、全程教书育人、管理育人、服务育人的任务要求，对德育工作全过程进行有效调控。建立专兼职德育工作者岗位职责评价指标，充分

发挥和调动他们的主导作用和积极性。把竞争机制引入德育工作者评价中来，有效地提高学校的德育管理评价水平，使大家都全身心地投入到探索新时期德育工作规律，落实德育任务，提高德育工作实效性上来。不断修定、完善德育管理者、班级和学生个体评价方案。实验研究的依据教职工工作质量考评依据《中华人民共和国教育法》、《中华人民共和国教师法》、《教师资格条例》、《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定》、《关于加强教育督导与评估工作的意见》以及市区教师评估体系和考核办法等文件。学生德育综合素质考评确定的依据为《中学生德育大纲》、《中共中央关于进一步加强和改进学校德育工作的若干意见》、《中学生日常行为规范》等。实验的原则为使管理高效、优质，我们建立、健全全体管理人员岗位责任制，以实现管理的最佳效果。完善德育管理评价体系，体现出以下几项原则：

1．整体性原则：

为实现教书育人、管理育人、服务育人，全校教职工人人都是德育工作者，德育工作是每位学校工作人员重要的工作职责和必须承担的任务。

2．有序性原则：

年级、处室各负其责，纵横管理，点面结合，形成网络，使学校德育管理有序，制度规范，要求落实，为学生成长创造最佳的教育氛围。

3．动态管理性原则：

各级、各面都要体现过程管理、动态评估，从发展看学生，充分认识和掌握学生教育成长规律。适时发挥和运用好管理过程中的激

励、导向、反馈和校正的机制，使学生的成长进入良性循环。培养出高水平好学生，这才是管理的出发点和归宿。构建班集体及学生德育评估模式的原则是：

1．科学性原则：

指标体系必须体现党和国家提出的育人目标规定的人才质量标准。这是关系到育人方向的大问题，也是德育的基本准则。

2．导向性原则：

目标要体现学生的全面发展、整体素质的提高，克服“应试教育”的弊端和传统的学生鉴定模式的误导，坚持体现时代特点的素质教育的新观念。

3．可测性原则：

具体目标分类要系统而不可交叉覆盖，要体现单项独立性、具体化、可操作、可评价，便于管理评估人员检查、指导、量化。

4．简明性原则：

指标不要过于细化繁杂。尤其月检查，项目多了突出不了每月教育管理的重点。要依据不同时期、不同阶段的不同要求，使考核具有针对性、可行性、少而精，使管理和被评对象有章可循。

5．形成性原则：

班集体和个人都采用过程管理模式。以阶段评估为主，如一月有失误，第二个月可纠正弥补。考核与过程指导相结合，使班级和个人，自己和自己比，然后再与别班、别人比，循序渐进，逐步达标，再创优。

6．自评和他评相结合原则：

充分发挥学生主体作用，培养学生成长中良好的自我意识和自己教育自己、自己管理自己的能力，提高心理适应水平，为今后学生的素质提高和发展打下坚实的基础和能应付或战胜未来困难险阻的耐挫力。实验实施的措施保证

1．更新观念、统一思想，是搞好管理的前提和基础在建立德育管理评价体系的实践中，我们狠抓了更新教育观念、统一思想这一重要环节。发展市场经济，社会经济的变化给学校的德育工作带来新的挑战。要使教育取得最佳效果，教师思想必须跟上形势，认识跟上发展。几年来，学校每年暑假都组织班主任以上专兼职德育队伍的成员参加全封闭的德育研究学习班，学习新观念，解决新问题，制定新规划，落实新规程。几年来重点解决了在贯彻素质教育中的诸多问题，如：

树立正确的教育观、质量观、人生观，建立全面贯彻党的教育方针、面向全体学生、促进学生德智体美劳全面发展的新观念；在办教育的指导思想上变“培养选择适合教学的学生为目标的教育”为“研究适合学生成长发展的教育”，打破旧传统，倡导新思维；在德育工作的管理上要实现“全员管理、全面管理、全程管理。”即形成“人人都是德育工作者，德智体美劳全面发展，学校、家庭、社会形成教育合力的大教育新理念；政教处及专职德育工作者必须发挥好主力军作用。我们要求政教处工作必须增强学生德育的计划指导性，学生重点工作的科学预测性，组织活动的针对性与系统性，提出管理要求的规范性，检测评估的具体可测性以及重点常规的连续性。从而为全校德育工作既作表率又做坚强后盾；全体教职工都要在各自岗位上寓德

于教，搞好德育渗透；寓德于活动，注重实践性教育；寓德于服务，发挥学生自主性教育的主体作用。

2．建立科学、可测的目标管理体系，落实人人育人的岗位责任制经过认真研究，科学论证和几年实践，我校在教职工工作质量管理评估内容上本着力求体现“目标可导向，行为可选择，过程可调控，效果可测试”的原则，分别建立了《教师工作质量评价目标考核》、《班主任工作质量评价目标考核》、《职工工作质量考核》以及各岗的岗位职责。所有这些目标考核及职责均有德育目标要求，从而使以德育人的任务层层落实、人人落实、处处落实。

3．建立目标管理的指导、监督机制，发挥管理评估的激励、导向、反馈、矫正的作用学校的德育工作实行分级管理、分层负责，每月通过对考核目标进行检查、指导，对出现的问题及时反馈矫正，对履行职责进行评价。经常性的随机检查和日常抽查，有效地促进了德育目标的落实，月考核的累计进入学期总评。管理人员采取不同方式听取学生、家长及社会有关方面对德育工作的意见，以此为依据对我校工作人员进行考评。比如：

每学期召开