研究弹簧振子的周期公式，本文主要内容关键词为：弹簧论文,公式论文,周期论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“研究弹簧振子的周期与小球质量的关系”是高中物理课程标准要求学生应该完成的第一个物理实验专题。为了更好地达到开设“物理实验专题”模块的目的，笔者将该模块中的第一个专题改为“研究弹簧振子的周期公式”，提高了要求，取得了良好的教学效果，在实践、研究和反思的基础上，进一步探讨了“物理实验专题”的教学策略。
一、实验器材
铁架台，劲度系数不同的5根弹簧、秒表、质量不同的钩码(10g、50g、100g)若干、直尺、量角器、橡皮条、坐标纸、计算器等。
二、研究影响弹簧振子周期的两个因素
把铁架台放置在水平桌面上，把弹簧竖直悬挂在铁架台上，弹簧上端用橡皮条固定，下端悬挂一个质量为m的钩码，静止时，钩码处于平衡位置。将钩码再竖直向下拉伸一段距离后松手，弹簧振子将上下振动。可以证明，竖直悬挂的弹簧振子的振动仍然是简谐振动。理论计算表明，其周期为：
如何通过实验探究，导出弹簧振子的周期公式，就是该物理实验专题所要完成的任务。如果用水平放置的弹簧振子去进行实验研究，小球质量不易改变；若用竖直悬挂的弹簧振子进行实验研究，用钩码代替小球，则质量很容易改变。由(1)式可以看出，影响弹簧振子周期的因素有两个——振子质量m和弹簧的劲度系数K。我们可以利用控制变量、先分析后综合的方法，分别导出T与m和K的关系。
1.T与m的关系（弹簧的劲度系数K不变）
根据胡克定律，由K=△F/△x测出某一弹簧的劲度系数
。用该弹簧进行实验研究，改变钩码质量m，测出相对应的周期T（测50次，求平均值），将测量结果填入表1（多测几组数值，以便提高作图的准确性）。
表1 T与m的关系
根据误差分析的结果，可以看出，在研究T与m关系的实验中，要想提高实验精度，就必须选择合适的弹簧和钩码。钩码的质量不能太小，但也不能太大，振动时不能超过弹簧的弹性限度；弹簧的劲度系数K要大一些，但也不能太大，如果K值太大，会使振动的周期非常小，学生用秒表测量周期时，不易测准，而且与其对应的实验图线与横坐标轴的交点远离坐标原点，得不到正比例图线。观察图1中的5条实验图线，选择
的弹簧是比较理想的，这条图线基本过坐标原点，能够证明T与
成正比，但用这条图线测量比例关系的相对误差δ=16%，这么大的误差很难导出弹簧振子的周期公式。
通过对实验过程和实验误差的深入分析，对实验方案和实验结果的评估，可以看出，选择合适的弹簧和钩码，是提高实验精度的关键；根据T-
图线，测量图线斜率tgθ，导出弹簧振子的周期公式，这是最理想的选择。
四、探讨“物理实验专题”的教学策略
要达到开设“物理实验专题”模块的目的，就必须注意如下教学策略：①要强化学生对实验方案的自我设计，让学生亲身经历实验探究过程。教师不能把实验方案、研究方法以及提高实验精度的关键直接告诉学生，不能“讲探究”；而是要以问题为载体，激励、引导、启发思维，让学生去设计、去探究，使整个学习过程成为发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的过程。②要引导学生对实验过程和实验误差进行深入地分析，重视对实验方案和实验结果的评估。只有经过分析与评估，学生才能明确自己的失误，体验到成功的愉悦；才能逐步形成科学态度与科学精神；才能逐渐掌握探究物理规律的科学方法，并不断地提高科学探究能力。③要积极创造条件，促进学生进行合作与交流。要让学生认识到，合作既是学习的手段，又是学习的目的。学会与他人合作，从而把自己培养成为合作型人才，符合时代的需要。