高二物理研究性學習

1、課題 3 利用電磁感應現(xiàn)象研究彈簧的振動規(guī)律（適合高二年級開展研究性學習使用）機型：TI-83+其它器材準備CBL-2或CBL，電壓探頭，學生用線圈一個，刻度尺，鐵架臺，磁鋼，硬幣若干，天平，導線若干需要安裝的程序：TI-83+內置 CBL/CBR 應用程序實驗目的：利用控制變量法，通過電壓探頭來分析彈簧的振動周期與相關物理量之間的關系。研究過程：一、 研究彈簧長度與振動周期的關系先按照右圖，連接好實驗電路。調整磁鋼位置和振動振幅，使磁鋼在線圈內上下穩(wěn)定振動。由于磁鋼在線圈內上下振動時，使線圈內部磁通量發(fā)生變化，按照法拉第電磁感應定律，在線圈兩端就會產(chǎn)生感應電動勢，而該感應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電動勢與時間的關系圖。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應用程序選擇菜單。我們選擇2：DATA LOGGER，按ENTER后進入探頭實驗設置窗口。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）自動設為伏（VOLT

3、）；PLOT項選擇END，表示采樣結束后再顯示數(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果。r為相關系數(shù)，當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該是成正比的。二、 研究彈簧長度相同時，振動重物質量與振動周期的關系在實驗中，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量與周期的關系。評：本實驗用電磁感應的方法來研究彈簧的振動規(guī)律，對學生知識的綜合應用非常有好處。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生實驗后的反思：1、 如何比較精確地測量硬幣的質量？2、 彈簧的勁度系數(shù)與彈簧