探究彈簧振子的運動及其周期（說課文稿）

第第頁探究彈簧振子的運動及其周期王業(yè)遒馬鞍山市第二中學(xué)鄭蒲港分校一、使用教材人教版高中《物理》（2019年版）選擇性必修一第二章《機(jī)械振動》及《課題研究》。二、實驗器材自制豎直彈簧振子演示器（含鐵架臺、水平儀、線性運動傳感器、數(shù)據(jù)采集器等）、勁度系數(shù)不同的彈簧若干、槽碼若干。三、實驗創(chuàng)新點1.本實驗可通過描繪彈簧振子的位移-時間圖像，從而很方便的驗證彈簧振子的運動為簡諧振動。2.用線性運動傳感器進(jìn)行彈簧振子周期的測量，方便、精度高。四、實驗原理1.通過線性運動傳感器采集振子的位置隨時間變化的信息，可描繪出振子的位移-時間圖像。利用正弦曲線擬合，可判斷彈簧振子的運動是否為簡諧振動。2.通過控制變量法結(jié)合圖像法處理數(shù)據(jù)，探究彈簧振子周期與振幅、重物質(zhì)量、彈簧勁度系數(shù)的關(guān)系。3.傳統(tǒng)實驗中，對彈簧振子周期的測量是使用秒表測30~50次全振動的時間，再計算得出周期。一是多次全振動后彈簧振子的振幅也會因阻力作用顯著減小，測量會有較大誤差；二是學(xué)生需要在振子每次經(jīng)過平衡位置時均計數(shù)一次，次數(shù)多了容易讀錯。用線性運動傳感器記錄振子的位移-時間圖像，利用設(shè)置好的表格記錄數(shù)據(jù)可直接計算出周期。因為線性運動傳感器精度高，可有效避免上述的問題。4.使用托盤天平測出振子的質(zhì)量。5.利用胡克定律測得各個彈簧的勁度系數(shù)。五、實驗教學(xué)目標(biāo)1.物理觀念：知道彈簧振子的運動是簡諧運動，滿足簡諧運動的特點。2.科學(xué)思維：通過控制變量法分析得到彈簧振子周期與振幅、振動重物的質(zhì)量、彈簧勁度系數(shù)的關(guān)系，并得出彈簧振子的周期公式。3.科學(xué)探究：通過實驗設(shè)計，參與實驗使學(xué)生形成正確物理觀念的同時，科學(xué)思維素養(yǎng)也能得到發(fā)展。六、實驗教學(xué)內(nèi)容1.描繪彈簧振子的位移-時間圖像，并驗證彈簧振子的運動是簡諧運動。2.探究彈簧振子的周期與振幅的關(guān)系。3.探究彈簧振子的周期與振動重物質(zhì)量的關(guān)系。4.探究彈簧振子的周期與彈簧勁度系數(shù)的關(guān)系。七、實驗教學(xué)過程（一）實驗步驟：1.使用實驗裝置，將振子提起到一定高度釋放，通過線性運動傳感器、數(shù)據(jù)采集器描繪出振子的x-t圖像，利用正弦曲線擬合，判斷彈簧振子的運動是否為簡諧振動。2.保持振子質(zhì)量、彈簧不變，改變振子振幅，通過振子的x-t圖像，計算出振子的周期，并觀察彈簧振子周期隨振幅如何變化。3.保持彈簧不變，改變振動重物的質(zhì)量，通過x-t圖像，計算出振子的周期，觀察彈簧振子周期隨振動重物的質(zhì)量如何變化。改變振動重物的質(zhì)量多測幾組，記錄對應(yīng)的振動重物的質(zhì)量、周期。錄入數(shù)據(jù)后，通過設(shè)置好的圖表，計算機(jī)軟件自動繪出，，，圖像，探究T與m的定量關(guān)系。4.保持振動重物的質(zhì)量不變，更換勁度系數(shù)不同的彈簧，觀察彈簧振子周期隨彈簧勁度系數(shù)如何變化。更換彈簧多測幾組，記錄對應(yīng)的彈簧勁度系數(shù)、周期。錄入數(shù)據(jù)后，通過設(shè)置好的圖表，計算機(jī)軟件自動繪出，，，圖像，從而探究T與k的定量關(guān)系。（二）數(shù)據(jù)處理：1.彈簧振子的x-t圖像為正弦曲線，彈簧振子的運動是簡諧振動。2.彈簧振子的周期與振幅無關(guān)。3.彈簧振子的周期與成正比。4.彈簧振子的周期與成正比。實驗結(jié)論：彈簧振子做簡諧運動的周期跟振子質(zhì)量的平方根成正比，跟彈簧勁度系數(shù)的平方根成反比。即：5.探究比例系數(shù)C。經(jīng)過理論證明，比例系數(shù)。實驗結(jié)論：彈簧振子的周期公式。（三）誤差分析：1.空氣阻力對振子運動產(chǎn)生影響，通過選擇質(zhì)量大、體積小的鉤碼來盡量避免，但無法完全消除空氣阻力的干擾。2.彈簧有自重，實驗中盡量選質(zhì)量小的彈簧、質(zhì)量大的鉤碼來減小彈簧自重的影響。3.彈簧上端固定不穩(wěn)定，振子上下振動時，彈簧會晃動。4.在記錄的振子位移-時間圖像中讀取時間時，有讀數(shù)誤差。八、實驗效果評價實驗效