中学生课题研究案例介绍——单摆振动周期的研究

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1、中学生课题研究案例介绍__单摆振动周期的研究张志龙浙江省奉化市武岭中学315500摘要课题研究是学生自主获取知识，训练科研能力，培养独立工作能力和合作精祌行之有效的一种教学形式。木文通过单摆振动周期的研宄，展示了这一教学形式的有效性。关键词过程方法实验分析总结提升一、背景介绍和目的要求在日常牛.活中振动现象随处可见，而单摆的摆动则是最基木最常见的一种振动。通过对单摆振动的研究能使学生受到科学方法和科学思维的训练，受到科学态度和科学作风的熏陶，加强学生的实验技能和合作能力。二、可行性分析参加木课题的学生为高一学生，尽管未学过单摆的知识，但课题研宄的内容

2、并不脱离学生的认知能力和科研能力。所需的仪器简单易找。基木上不需要课题经费。特别适合一些条件简陋的乡村学校学生，所以可行性很强。三、研究计划1、通过几次探索性的实验得出影响单摆振动周期的因素。2、通过查找资料进一步丰富理论知识。3、写出报告。四、研究过程1、预测影响单摆振荡周期的因素••（1）摆角；（2＞摆球的质量；（3）摆线的长短；（4）当地的重力加速度2、用控制变量法研宄（1）研究摆角与周期的关系。把摆球拉到一定的角度然后释放，从小球摆到平衡位置开始计时，记下振动N次的时间，算出周期。保持其它量不变，改变摆角进行同样的实验，多次实验，得出结论。(

3、2)研究摆球质量与周期的关系。保持其它量不变，通过改变摆球的质量进行多次实验，得出结论。(3)研究摆长与周期的关系。保持其它量不变，通过改变摆长的长度进行多次实验，得出结论。(4)研究重力加速度与周期的关系。改变重力加速度较为闲难，也不明显。在本实验中采用改变磁场来模拟重力场的变化，在金属小球的下面放一磁铁，通过改变磁铁与小球的距离来模拟重力加速度的变化，多次实验，得出结论。3、完成实验并记录数据(1＞研究摆角与周期的关系。结论：周期随摆角的增大而略有增大，在摆角较小的情况下(如小于15°)可以认为周期与摆角无关。(2)研究摆球质量与周期的关

4、系。结论：在忽略空气阻力影响的情况下，可以认为单摆周期与摆球质量无关。(3)研究单摆摆长与周期的关系结论：在摆长足够长的情况下，周期的平方与摆长成正比。(4)单摆周期与重力加速度的关系注：H表示磁铁与摆球最低点的距离。距离越短，则磁场越强，即模拟的重力场越大。结论：从表中可以粗略看出，振动周期随重力加速度的增大而减小。五、总结报告经过半个学期的实验和理论研宄，终于得到了影响单摆振动周期的因素，而£L使参与课题的学生的能力得到了锻炼。1、单摆振动周期与摆角的关系通过实验知道周期与摆角是有一定的关系的。经过进•一步的资料收集，我们知道单摆周期T的误差公式

5、：η=l/4sin2(Q/2)(Q为最大的摆角)。下表为Q不冋吋周期的误差：由此可见：在摆角较小的情况下，可以认为周期与摆角无关。一般情况下，Q<15°吋，就可以满足中学物理实验对误差的要求，所以在做实验吋不必过于拘泥小于5°这个要求。2、单摆振动周期与摆球质量的关系实验中通过在空心塑料球中放入不同的小球作为摆球进行测量，从中可以看出振动周期与摆球质量的关系。3、单摆振动周期与摆长的关系通过实验得到实验的数据，关键在于分析它们之间的关系。在实际操作中采用图像法处理。先画出T与L之间的坐标图像，发现它们并不成简单的正比关系

6、，而更像是一条抛物线。由此猜测T2可能与L成正比，再画出它们之间的坐标图像，验证猜测正确。4、单摆振动周期与重力加速度的关系在研宄过程中，曾分别在山腰和山顶上测周期，由于重力加速度的变化很小，看不出周期的变化。以学校的条件改变重力加速度很难。最后想到用磁场来模拟重力场，通过改变磁场来模拟重力场的改变。从中可以粗略看出，周期随重力加速度的增大而减小。到此，单摆振动的研究全部完成。学生通过研究的过程，不仅知道了影响单摆振动周期的因数，更重要的是使学生学到了许多科学的研究方法，如控制变量法、测量周期吋的累积法、模拟法等。培养了学生实事求是的科学态度，在研宄

7、过程中学生的协调与合作能力得到较大的提高。