Question

擺鐘是時鐘的一種，如圖所示．小明最近對擺鐘的擺發生了濃厚的興趣，于是來到實驗室進行了圖示的模擬實驗時，驚奇發現雖然同一小球兩次擺的角度不同，但往返一次所用的時間卻相同，于是，提出了以下兩個猜想：
A．小球往返一次所用的時間是否與擺線的長度有關？
B．小球往返一次所用的時間是否與小球的質量有關？
請你從上述猜想種任選一個進行探究
（1）你所選擇的探究題目編號是

A

（A、B）及用到的測量工具是

秒表、刻度尺

．
（2）設計探究實驗方案及步驟；
（3）對方案中可能出現的實驗現象進行分析論證；
（4）測擺往返一次所用的時間難以記時，如果想要測得準確一些應該怎辦？

Answer 1

分析：擺球在擺動過程中，往返一次的時間可能跟擺球的質量有關，可能跟擺球的偏轉角度有關，可能跟繩長有關．探究往返時間跟其中任何一個因素的關系時，應采用控制變量法，即探究往返時間跟擺球質量的關系時，控制擺球偏轉的角度和繩長不變；探究往返時間跟繩長的關系時，控制擺球的偏轉角度和質量不變．

解答：解：
方案一 猜想A：
（1）探究小球往返一次所用的時間是否與擺線的長度有關，需要刻度尺測出不同擺線的長度，需要秒表測出往返一次的時間；
（2）探究小球往返一次所用的時間是否與擺線的長度有關時，要控制小球的質量不變，改變擺線的長度，分別測出往返一次的時間；
（3）比較兩次的時間，若時間相等說明往返一次所用時間與擺線長無關，否則有關；
（4）測擺往返一次所用的時間難以記時，實驗中可以通過測出小球往返20次所需的時間然后計算，這樣可以達到多次測量取平均值的方法來減小誤差的目的．
故答案為：
（1）A；秒表、刻度尺；
（2）①擺線長L₁時，測往返一次時間T₁；
②保持擺球質量不變，擺線長為L₂時，測往返一次時間T₂；
③比較T₁、T₂是否相同；
（3）若T₁=T₂，則往返一次所用時間與擺線長無關；若T₁≠T₂，則往返一次所用時間與擺線長有關；
（4）測往返n次所用時間T，則T₀=

T

n

．
方案二猜想B：
（1）探究小球往返一次所用的時間是否與小球的質量有關，需要天平測出不同小球的質量，需要秒表測出往返一次的時間；
（2）探究小球往返一次所用的時間是否與小球的質量有關時，要控制擺線的長度不變，改變小球的質量，分別測出往返一次的時間；
（3）比較兩次的時間，若時間相等說明往返一次所用時間與小球的質量無關，否則有關；
（4）測擺往返一次所用的時間難以記時，實驗中可以通過測出小球往返20次所需的時間然后計算，這樣可以達到多次測量取平均值的方法來減小誤差的目的．
故答案為：
（1）B；秒表、天平；
（2）①小球質量m₁時，測往返一次時間T₁；
②保持擺線長不變，擺球質量為m₂時，測往返一次時間T₂；
③比較T₁、T₂是否相同；
（3）若T₁=T₂，則往返一次所用時間與擺球質量無關；若T₁≠T₂，則往返一次所用時間與擺球質量有關；
（4）測往返n次所用時間T，則T₀=

T

n

．

點評：一個物理量受多個因素影響時，探究物理量和其中一個因素的關系時，采用控制變量法，明確控制不變的量是什么，改變的量是什么．控制變量法在初中物理中應用廣泛，一定要掌握．