高二物理研究性學(xué)習(xí)

1、課題 3 利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象研究彈簧的振動規(guī)律（適合高二年級開展研究性學(xué)習(xí)使用）機型：TI-83+其它器材準備CBL-2或CBL，電壓探頭，學(xué)生用線圈一個，刻度尺，鐵架臺，磁鋼，硬幣若干，天平，導(dǎo)線若干需要安裝的程序：TI-83+內(nèi)置 CBL/CBR 應(yīng)用程序?qū)嶒災(zāi)康模豪每刂谱兞糠?，通過電壓探頭來分析彈簧的振動周期與相關(guān)物理量之間的關(guān)系。研究過程：一、 研究彈簧長度與振動周期的關(guān)系先按照右圖，連接好實驗電路。調(diào)整磁鋼位置和振動振幅，使磁鋼在線圈內(nèi)上下穩(wěn)定振動。由于磁鋼在線圈內(nèi)上下振動時，使線圈內(nèi)部磁通量發(fā)生變化，按照法拉第電磁感應(yīng)定律，在線圈兩端就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，而該感應(yīng)電動勢必然在做周期性

2、變化，通過電壓探頭我們可以得到感應(yīng)電動勢與時間的關(guān)系圖。顯然該電動勢的周期與磁鋼振動周期是一致的。1、按ON，打開TI-83+，按APPS，進入圖示菜單。選擇2：CBL/CBR2、按ENTER鍵后，彈出圖中所示的應(yīng)用程序初始界面，屏幕下方提示按任意鍵繼續(xù)。3、按任意鍵后，進入CBL/CBR應(yīng)用程序選擇菜單。我們選擇2：DATA LOGGER，按ENTER后進入探頭實驗設(shè)置窗口。4、移動光標，PROBE項選擇VOLT，表示實驗使用的是電壓探頭；#SAMPLES項，選擇30，表示總共采集30個樣本數(shù)據(jù)；INTRVL項選擇取.1，表示每0. 1秒測量一個數(shù)據(jù)點；單位（UNITS）自動設(shè)為伏（VOLT

3、）；PLOT項選擇END，表示采樣結(jié)束后再顯示數(shù)據(jù)點。選中GO后，按ENTER開始測量電壓。5、數(shù)據(jù)采集完畢，計算器屏幕上會出現(xiàn)右圖所示的交流電壓信號。 6、移動計算器上的左右箭頭，可以發(fā)現(xiàn)兩個峰值之間的時間差為0.9秒，實際上就是彈簧的振動周期。 7、多次改變彈簧的長度，分別測量該長度下的彈簧振動周期。把長度和周期數(shù)據(jù)分別記錄在L1、L2，利用計算器的統(tǒng)計功能分析長度與周期的關(guān)系。按STAT，進入統(tǒng)計功能界面。8、選擇1：EDIT，按ENTER，在L1、L2中分別輸入測量所的的彈簧長度和振動周期。9、按2nd+Y=，選擇STAT PLOT，進入統(tǒng)計點圖開啟界面，我們選擇1：PLOT1。10、

4、進入后，通過移動光標和按動ENTER鍵，使點圖設(shè)置如圖所示。TYPE選擇了離散點圖，X坐標就是長度，Y坐標就是振動周期，樣本點的圖樣為一個小方框。11、按WINDOWS，使窗口設(shè)置如圖所示。12、按GRAPH，就可以在屏幕上得到樣本點的圖象，我們不妨猜想是線性關(guān)系。13、按STAT，再次進入統(tǒng)計界面，選擇CALC主菜單中的4：LinReg(ax+b)，即對需要研究的兩個物理量之間進行線性擬合。14、按ENTER后，在屏幕上輸入L1、L2 。（2nd+1+，+2nd+2+ENTER）15、右圖所示即為擬合后的結(jié)果。r為相關(guān)系數(shù)，當(dāng)r=1時，表示函數(shù)y=2x+0.5，可以很好地反映L1、L2之間的

5、關(guān)系。16、按Y=，進入函數(shù)編輯界面，在Y1中輸入如圖所示的擬合結(jié)果。17、再按GRAPH，圖中的直線便是擬合后所得函數(shù)的圖象，我們發(fā)現(xiàn)與實驗樣本點擬合的非常好。也就是說彈簧的振動周期與彈簧的長度應(yīng)該是成正比的。二、 研究彈簧長度相同時，振動重物質(zhì)量與振動周期的關(guān)系在實驗中，在磁鋼上對稱地吸上硬幣，再多次測量彈簧的振動周期，如一中所用的方法，可以得出不同振動質(zhì)量與周期的關(guān)系。評：本實驗用電磁感應(yīng)的方法來研究彈簧的振動規(guī)律，對學(xué)生知識的綜合應(yīng)用非常有好處。我們還可以用力探頭來得到振動時彈簧上的回復(fù)力的變化情況從而得到振動周期。下面的幾個問題可以作為學(xué)生實驗后的反思：1、 如何比較精確地測量硬幣的質(zhì)量？2、 彈簧的勁度系數(shù)與彈簧