苏宏，绥德一中高中物理物理教师，正高级教师，陕西省第十一批特级教师培养对象、陕西省学科带头人，榆林市突出贡献专家、优秀科技工作者。获自制教具能手等荣誉称号。在奥林匹克物理竞赛中多次获“优秀辅导员称号”。《多功能电学实验演示仪》、《自制彩灯演示仪、《多功能半导体演示仪》、《热敏电阻温度特性曲线演示仪》、《简易光电计时器》均获得了国家实用新型专利。《多功能电学实验演示仪》、《光敏电阻特性实验演示仪》分别在陕西省第32届、第33届科技创新大赛中获一等奖，两次都被选入参加全国科技创新大赛。发表教育教学论文多篇。其中《自制电学仪器 提高教学效率》、《焦耳定律实验的改进》、《对一道选择题答案的质疑》分别在国家级核心期刊《中学物理教学参考》2018年第1期、第4期、第11期发表，主持并结题多个省级课题。多次担任榆林市教学能手赛评委。

  

 

 

附论文：用单摆测重力加速度实验的改进

苏宏

( 陕西省绥德县第一中学   陕西 榆林 718000 )

摘要：“单摆测重力加速度”实验，传统实验步骤比较繁琐，影响教学效果。如果在原实验装置中增加传感器等器件，就可以完善实验原理，优化实验步骤，提高教学效率。

关键词：单摆；测重力加速度；传感器；改进

“单摆测重力加速度”实验的基本原理是根据其周期公式

，在实验中需要测量摆长L和周期T^[1]。传统实验测摆长和周期的方法比较繁琐，用眼睛顶着小球数全振动次数，容易引起眼睛的疲劳，稍有疏忽就会出错，导致更大的误差。针对上述问题，笔者对实验进行了改进，在实验装置中安装了光电计数“传感器^[2]，记时间时，只需关注初、末状态，不需关注过程。该实验操作方便、效果显著、误差较小。

一、创新思路

1.测量摆长

为了减小误差，要不断改变摆长。由于摆线比较长，每次测量还要改变悬点，操作很不方便。如果把实验装置改装成如图1所示，把一个带有小孔的铁棒固定在铁架台上，让细线穿过小孔，那么，小球摆动时这个小孔就相当于悬点，小球球心到小孔的距离就是摆长。逐渐移动铁架台上的铁棒，小孔也跟着移动，摆长也随之改变。设悬点离球心距离为L₀，小孔与点距离为，则摆长L=L₀-。用这种方法不需要每次拴接细线，即可方便地确定不同状态下单摆的摆长， 

                                                        

图1                       图2

2.测量周期   

为了减小实验误差，传统实验的方法是，确定周期时测出小球做N次全振动的时间t，然后经过换算得出周期T=。这种方法的不足之处有以下几点：

（1）要求小球从平衡位置开始计时，有时很难把握平衡位置导致误差。

（2）每次测量都要用眼睛盯着小球并要数全振动次数，容易使眼睛疲劳，稍有疏忽就会出错。

（3）每次测量都要用公式T=换算周期，比较繁琐。

针对上述问题，如果在实验装置中安装光电计数传感器，让小球摆动，小球每经过一次平衡位置时，计数器就开始记数，从计数“1”开始计时，只需要记下计数器的次数N和相应的时间t，不需要关注小球运动的具体过程，就能达到实验目的。

 二、创新设计方案

如图2所示，光敏电阻和传感器一端相连，小灯泡和传感器另一端相连，并接6V 直流电源。小灯泡和光敏电阻正对，当小球通过它们之间时，光线被挡住，这样计数器就开始计数“1”、当小球再次摆回来通过它们之间，计数器就计“2”、这样就依次按顺序计数。从计数器“1”开始记时间，当计数器计数“3”时，正好是小球完成一次全振动，计数器计“5”时，小球完成第二次全振动；计数器计“7”时，是第三次全振动；……。设计数器计数为N，小球全振动次数为n，所用时间为t，则：N=2n+1，n=，小球运动周期为T==，由周期公式T=2得，t²=π²(N-1)²,不断改变摆长L，每次实验保持计数器N一定，记录相应的时间t，建立t²-L平面直角坐标系，并画出图象，确定斜率k=，则重力加速度g=.

 三、实验步骤

1.按图1所示装置，将线的一端穿过小铁球上的小孔并打结固定好，线的另一端穿过铁棒上的小孔固定在铁架台的铁夹上，做成一个单摆。

2.按图2所示连接好传感器电路，使小球刚好位于小灯泡、光敏电阻之间，并在同一直线上，保证小灯泡发出的光被小球挡住。

3.用米尺量出摆线的长度，用游标卡尺测出摆球的直径d，计算出摆长L₀=

4.接通电源，让摆球摆动（摆角小于10゜），当计数器开始计“1”时，用秒表开始记时，计数器显示N=61时，停止记时，记下所用的时间t

5.在铁架台上逐渐下移铁棒到某一位置固定，并测出铁棒与铁夹之间的距离为，则此时摆长为L=L₀-，重复步骤4，记下相应的时间t，并记录如下表格： 

L(m)	0.585	0.565	0.545	0.525	0.500	0.470	0.435	0.420	0.410
t（s）	46.0	45.1	44.0	43.0	42.4	41.2	39.6	38.8	38.0
t2（S2） ×103	2.116	2.034	1.936	1.849	1.798	1.697	1.568	1.508	1.444

6.以L为横坐标，t²为纵坐标，建立平面直角坐标系，用描点法描出相应的点，用平滑的曲线连

接作出t²-L图象,如图3所示：从图象中确定斜率 

                                                                                                                                      图3

k=（2.034-1.508）×m/s²=3.627×10³

重力加速度g=π²=3.14²××10³=9.79m/s² 

四．教学评价

1.实验教学改革中评价                                   

此实验的改进, 把教材原有的实验器材与传感器相连接，打破了传统实验教学的“思维惯性”，有效地突破了教学难点，同时体现了物理学科核心素养中的“实验创新”理念^[3]，培养思维能力，促进了实验教学改革的可持续发展。

2.实验教学效果中评价

为了体验实验改进后的教学效果，笔者把传统实验和改进后的实验对两个同档次的班级进行实验尝试，把这两个班级分别命名为“常规班”和“实验班”，并全程跟踪。实验后要求每个小组写实验心得体会并两个班级进行对比交流。笔者设计了问卷调查，从实验装置、实验原理、实验过程等方面进行调查。在问卷调查中明显反映出，无论表中的哪项内容“实验班”的满意度明显高于“常规班”。通过实验创新，能激发学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解所学知识，体现了它在实验教学中的重要作用。

                  参考文献

[1]  徐汉屏. “用单摆测定重力加速度”学生实验的启发性思考[J].中学物理教学参考，2005，29（8）：41-42.

[2]  李玉海. 传感器及其典型应用 [J] .中学物理教学参考，2010（3）：38-39

[3] 彭前程. 谈对“学生发展核心素养及物理学科核心素养”的理解 [J] .中学物理教学参考，2017，（10）:1-4

基金项目：中学物理实验教学实践研究

（项目编号SGH140392）