第二篇磁场电磁感应.DOC

课题 3 利用电磁感应现象研究弹簧的振动规律 （适合高二年级开展研究性学习使用） 机型：TI-83+ 其它器材准备CBL-2或CBL，电压探头，学生用线圈一个，刻度尺，铁架台，磁钢，硬币若干，天平，导线若干 需要安装的程序：TI-83+内置 CBL/CBR 应用程序 实验目的：利用控制变量法，通过电压探头来分析弹簧的振动周期与相关物理量之间的关系。 研究过程： 研究弹簧长度与振动周期的关系 先按照右图，连接好实验电路。调整磁钢位置和振动振幅，使磁钢在线圈内上下稳定振动。 由于磁钢在线圈内上下振动时，使线圈内部磁通量发生变化，按照法拉第电磁感应定律，在线圈两端就会产生感应电动势，而该感应电动势必然在做周期性变化，通过电压探头我们可以得到感应电动势与时间的关系图。显然该电动势的周期与磁钢振动周期是一致的。 1、按ON，打开TI-83+，按APPS，进入图示菜单。选择2：CBL/CBR 2、按ENTER键后，弹出图中所示的应用程序初始界面，屏幕下方提示按任意键继续。 3、按任意键后，进入CBL/CBR应用程序选择菜单。我们选择2：DATA LOGGER，按ENTER后进入探头实验设置窗口。 4、移动光标，PROBE项选择VOLT，表示实验使用的是电压探头；#SAMPLES项，选择30，表示总共采集30个样本数据；INTRVL项选择取.1，表示每0. 1秒测量一个数据点；单位（UNITS）自动设为伏（VOLT）；PLOT项选择END，表示采样结束后再显示数据点。选中GO后，按ENTER开始测量电压。 5、数据采集完毕，计算器屏幕上会出现右图所示的交流电压信号。 6、移动计算器上的左右箭头，可以发现两个峰值之间的时间差为0.9秒，实际上就是弹簧的振动周期。 7、多次改变弹簧的长度，分别测量该长度下的弹簧振动周期。把长度和周期数据分别记录在L1、L2，利用计算器的统计功能分析长度与周期的关系。按STAT，进入统计功能界面。 8、选择1：EDIT，按ENTER，在L1、L2中分别输入测量所的的弹簧长度和振动周期。 9、按2nd+[Y=]，选择STAT PLOT，进入统计点图开启界面，我们选择1：PLOT1。 10、进入后，通过移动光标和按动ENTER键，使点图设置如图所示。TYPE选择了离散点图，X坐标就是长度，Y坐标就是振动周期，样本点的图样为一个小方框。 11、按WINDOWS，使窗口设置如图所示。 12、按GRAPH，就可以在屏幕上得到样本点的图象，我们不妨猜想是线性关系。 13、按STAT，再次进入统计界面，选择CALC主菜单中的4：LinReg(ax+b)，即对需要研究的两个物理量之间进行线性拟合。 14、按ENTER后，在屏幕上输入L1、L2 。 （2nd+[1]+，+2nd+[2]+ENTER） 15、右图所示即为拟合后的结果。r为相关系数，当r=1时，表示函数y=2x+0.5，可以很好地反映L1、L2之间的关系。 16、按Y=，进入函数编辑界面，在Y1中输入如图所示的拟合结果。 17、再按GRAPH，图中的直线便是拟合后所得函数的图象，我们发现与实验样本点拟合的非常好。也就是说弹簧的振动周期与弹簧的长度应该是成正比的。 研究弹簧长度相同时，振动重物质量与振动周期的关系 在实验中，在磁钢上对称地吸上硬币，再多次测量弹簧的振动周期，如一中所用的方法，可以得出不同振动质量与周期的关系。 评：本实验用电磁感应的方法来研究弹簧的振动规律，对学生知识的综合应用非常有好处。我们还可以用力探头来得到振动时弹簧上的回复力的变化情况从而得到振动周期。下面的几个问题可以作为学生实验后的反思： 如何比较精确地测量硬币的质量？ 弹簧的劲度系数与弹簧的长度有何关系？ 除了文中提到的两种方法，还有没有其它方法测量弹簧的振动周期？ （上海市复兴高级中学 倪闽景）