單擺周期實驗教學設(shè)計

1、.單擺周期實驗教學設(shè)計單擺是高中物理教學中的一個重要實驗,它提醒了一個重要規(guī)律單擺的等時性原理,即在擺角很小小于10°,忽略空氣阻力對擺球運動影響的情況下,單擺的振動周期跟振幅A、擺球的質(zhì)量m無關(guān),只與擺長l及擺球所處位置的重力加速度g有關(guān)。單擺的周期公式為:。課本上安排了改變單擺的擺長對單擺周期影響的實驗,取擺長不同的單擺,讓學生觀察、感受單擺振動快慢的變化,并分別測出它們的周期。實驗說明:擺長變長,周期變大;擺長變短,周期變小。至于加速度g的變化對單擺周期的影響,課本上未做這方面的實驗安排。為了讓學生更形象直觀地感受加速度g對單擺周期的影響,進一步加深對單擺周期公式的理解,我們對

2、單擺實驗進展了研究和理論。單擺在振動過程中,擺球無論運動到什么位置,始終受到豎直向下的重力G的作用地球吸引結(jié)果。而周期公式中的加速度g就是擺球在所在位置受到的重力G產(chǎn)生的。我們知道,力是產(chǎn)生加速度改變物體運動狀態(tài)的,那么只要想方法改變單擺在振動過程中豎直方向上的受力情況,就相當于改變了擺球所在位置的加速度g。為此,我們設(shè)計了如下兩個實驗。實驗1 在演示用的圓形電磁鐵教學用電磁鐵起重機模型正上方懸掛1個單擺擺長約為1m,擺球為小鐵球,靜止時,擺球與電磁鐵相距1cm,圖1a所示。1拉開擺球使其偏離平衡位置很小的角度小于10°釋放,讓擺球在空氣中自由振動忽略空氣阻力,只在重力、拉力作用下,

3、觀察單擺振動的快慢,并測出周期。2在單擺自由振動過程中,接通電磁鐵電源,觀察單擺振動快慢的變化忽略空氣阻力,在重力、拉力、磁力作用下,并測出周期。由1到2的過程中,擺長保持不變,我們看到單擺在通電后的電磁鐵上方振動比在空氣中自由振動明顯變快周期變小。這是由于擺球受到了電磁鐵強磁場的作用吸引,改變了擺球在豎直方向上的受力情況,這種改變相當于增大了擺球所在位置的加速度g。實驗顯示g變大,單擺振動變快、周期變小,與單擺振動規(guī)律相符。實驗2 在演示用的圓形電磁鐵的正上方懸掛1個電磁擺球自制或用J2418型小型電動機模型中電磁鐵改制。靜止時,擺球距圓形電磁鐵1cm,如圖1b所示。調(diào)整好電磁擺球、圓形電磁

4、鐵中的電流方向讓它們產(chǎn)生的磁性互相排斥。先讓擺球在空氣中自由振動,觀察振動快慢,測出周期。在自由振動過程中,同時接通電磁擺球、圓形電磁鐵電源,我們看到擺球的振動立即明顯變慢了,這是由于擺球受到了電磁鐵強磁場的作用排斥,改變了擺球在豎直方向上的受力情況。這種改變相當于在擺長不變的情況下,減小了擺球所在位置的加速度g。實驗顯示,單擺周期隨著加速度g的減小而增大,與單擺振動規(guī)律相符。另外,改變電磁擺球或圓形電磁鐵兩者其中一個的電流方向,讓他們產(chǎn)生的磁性互相吸引,即可演示與實驗1中現(xiàn)象一樣的實驗。以上兩個實驗,在擺長不變的情況下,改變擺球的受力情況,從而得到相當于改變單擺所在位置的加速度g,演示了單擺周期隨著加速度g的改變也隨之發(fā)生變化。實驗現(xiàn)象明顯,又因是在單擺自由振動過程中,直接改變擺球的受力,前后周