一道物理高考題的實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)

夏 麗

（上海市盧灣高級(jí)中學(xué)，上海 200023）

物理是一門(mén)源于生活又高于生活的學(xué)科，所以物理試題的命制必須要符合實(shí)際，可在課堂、實(shí)驗(yàn)室乃至生活中進(jìn)行還原和再現(xiàn).2012年上海物理高考題第29題就是這樣一個(gè)好題.

在“利用單擺測(cè)重力加速度”的實(shí)驗(yàn)中

（1）某學(xué)生嘗試用DIS測(cè)量周期.如圖1，用一磁性小球代替原先的擺球，在單擺下方放置一磁傳感器，其軸線(xiàn)恰好位于單擺懸掛點(diǎn)正下方.圖中磁傳感器的引出端A應(yīng)接到數(shù)據(jù)采集器.使單擺做小角度擺動(dòng)，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值最大時(shí)，磁性小球位于平衡位置.若測(cè)得連續(xù)N個(gè)磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值之間的時(shí)間間隔為t，則單擺周期的測(cè)量值為（地磁場(chǎng)和磁傳感器的影響可忽略）.

圖1

就此筆者利用朗威?DISLab、磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器、計(jì)算機(jī)、單擺、小磁鐵等器材設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置，其中擺球?yàn)橐粋€(gè)普通的小鐵球，現(xiàn)在此下方用雙面膠黏上一塊小磁鐵時(shí)，就符合了題干中所要求的磁性小球.

實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理過(guò)程如下：

第1步：將磁傳感器接入數(shù)據(jù)采集器.

第2步：接入DIS的通用軟件界面，點(diǎn)擊“組合圖線(xiàn)”，添加“時(shí)間-磁感應(yīng)強(qiáng)度圖線(xiàn)”.（圖3即為實(shí)時(shí)測(cè)量得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)）

第3步：點(diǎn)擊“變量”選擇變量名稱(chēng)l（該變量為單擺擺長(zhǎng)，可把此時(shí)單擺擺長(zhǎng)測(cè)量得到輸入）；點(diǎn)擊變量，再選擇變量名稱(chēng)lgl，點(diǎn)擊“公式”，輸入公式代碼lgl，對(duì)話(huà)框內(nèi)輸入lg（l），點(diǎn)擊確定.

圖2

圖3

第4步：點(diǎn)擊“開(kāi)始”，讓擺球擺動(dòng)，一段時(shí)間后，點(diǎn)擊“停止”；點(diǎn)擊“選擇區(qū)域”如圖3，選擇N個(gè)場(chǎng)強(qiáng)最大值（可取N＝11），將窗口下方的X標(biāo)尺框內(nèi)的時(shí)間復(fù)制.

第5步：點(diǎn)擊“變量”選擇變量名稱(chēng)為T(mén)1（把第4步中X標(biāo)尺框內(nèi)的時(shí)間黏貼到該列）；再點(diǎn)擊“變量”選擇名稱(chēng)為T(mén)2，點(diǎn)擊“公式”輸入公式代碼T2，對(duì)話(huà)框內(nèi)輸入2＊T1／（N-1）；再點(diǎn)擊“變量”選擇名稱(chēng)為T(mén)3，點(diǎn)擊“公式”輸入公式代碼T3，對(duì)話(huà)框內(nèi)輸入lg（T2），點(diǎn)擊確定.

第6步：點(diǎn)擊“點(diǎn)擊記錄”添加新的一行，改變擺長(zhǎng)l.

圖4

重復(fù)第4、第5步（可分別取0.85m、0.90m、0.95m、1.00m、1.05m、1.10m、1.15m 等多個(gè)擺長(zhǎng)），最后得到表格如圖4.第7步：點(diǎn)擊“繪圖”，x軸為lgl，y軸為T(mén)3，得到圖5的直線(xiàn)；再點(diǎn)擊“擬合”，選擇線(xiàn)性擬合，得到圖5的線(xiàn)性方程，且得到圖線(xiàn)與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)為c＝0.3055，算得g＝9.66m／s2.

圖5