Question

摆钟是时钟的一种，如图所示．小明最近对摆钟的摆发生了浓厚的兴趣，于是来到实验室进行了图示的模拟实验时，惊奇发现虽然同一小球两次摆的角度不同，但往返一次所用的时间却相同，于是，提出了以下两个猜想：
A．小球往返一次所用的时间是否与摆线的长度有关？
B．小球往返一次所用的时间是否与小球的质量有关？
请你从上述猜想种任选一个进行探究
（1）你所选择的探究题目编号是

A

（A、B）及用到的测量工具是

秒表、刻度尺

．
（2）设计探究实验方案及步骤；
（3）对方案中可能出现的实验现象进行分析论证；
（4）测摆往返一次所用的时间难以记时，如果想要测得准确一些应该怎办？

Answer 1

分析：摆球在摆动过程中，往返一次的时间可能跟摆球的质量有关，可能跟摆球的偏转角度有关，可能跟绳长有关．探究往返时间跟其中任何一个因素的关系时，应采用控制变量法，即探究往返时间跟摆球质量的关系时，控制摆球偏转的角度和绳长不变；探究往返时间跟绳长的关系时，控制摆球的偏转角度和质量不变．

解答：解：
方案一 猜想A：
（1）探究小球往返一次所用的时间是否与摆线的长度有关，需要刻度尺测出不同摆线的长度，需要秒表测出往返一次的时间；
（2）探究小球往返一次所用的时间是否与摆线的长度有关时，要控制小球的质量不变，改变摆线的长度，分别测出往返一次的时间；
（3）比较两次的时间，若时间相等说明往返一次所用时间与摆线长无关，否则有关；
（4）测摆往返一次所用的时间难以记时，实验中可以通过测出小球往返20次所需的时间然后计算，这样可以达到多次测量取平均值的方法来减小误差的目的．
故答案为：
（1）A；秒表、刻度尺；
（2）①摆线长L₁时，测往返一次时间T₁；
②保持摆球质量不变，摆线长为L₂时，测往返一次时间T₂；
③比较T₁、T₂是否相同；
（3）若T₁=T₂，则往返一次所用时间与摆线长无关；若T₁≠T₂，则往返一次所用时间与摆线长有关；
（4）测往返n次所用时间T，则T₀=

T

n

．
方案二猜想B：
（1）探究小球往返一次所用的时间是否与小球的质量有关，需要天平测出不同小球的质量，需要秒表测出往返一次的时间；
（2）探究小球往返一次所用的时间是否与小球的质量有关时，要控制摆线的长度不变，改变小球的质量，分别测出往返一次的时间；
（3）比较两次的时间，若时间相等说明往返一次所用时间与小球的质量无关，否则有关；
（4）测摆往返一次所用的时间难以记时，实验中可以通过测出小球往返20次所需的时间然后计算，这样可以达到多次测量取平均值的方法来减小误差的目的．
故答案为：
（1）B；秒表、天平；
（2）①小球质量m₁时，测往返一次时间T₁；
②保持摆线长不变，摆球质量为m₂时，测往返一次时间T₂；
③比较T₁、T₂是否相同；
（3）若T₁=T₂，则往返一次所用时间与摆球质量无关；若T₁≠T₂，则往返一次所用时间与摆球质量有关；
（4）测往返n次所用时间T，则T₀=

T

n

．

点评：一个物理量受多个因素影响时，探究物理量和其中一个因素的关系时，采用控制变量法，明确控制不变的量是什么，改变的量是什么．控制变量法在初中物理中应用广泛，一定要掌握．