试论磁摆运动周期与手机磁力计记录的磁场变化周期的关系
文摘
2024-11-25 12:13
河南
近日，笔者在微信群看到了某地的物理联考测试卷，对其中的一道“利用单摆测量当地重力加速度”实验试题产生了浓厚的兴趣，因为这个实验笔者先前做过，而且当时得出的结论与试题给出的答案并不完全相符。根据笔者先前的实验探究经历和成果，此题中对单摆周期的测量存在两个值得商榷的问题。问题1：如果把单摆的小振幅振动视为简谐运动，尽管单摆的振动是正弦式的，但是磁球周围的磁场分布不是均匀变化的，因此手机磁力计检测到的磁感应强度的变化绝不是正弦式的。问题2：由于实验中作为摆球的磁球的N、S极的空间指向没有明确，实验中其实存在如下三种情况：第一种情形是N、S极连线方向竖直，第二种情形是N、S极连线横向水平且与振动平面平行，第三种情形是N、S极连线横向水平且与振动平面垂直。如果根据参考答案反推实验情境，就试题中的实验而言，应该是磁球N、S极连线方向竖直的情形。如果是横向水平且与振动平面平行或横向水平且与振动平面垂直的情形，手机磁力计检测到的磁场变化周期与单摆的周期相等。命题人在命制这类智能手机创新型实验试题时要立足于真实的实验情境，要明确摆球N、S极的空间指向，实验配图应该使用原始的磁场变化图像。就该题而言，为了与参考答案保持一致，试题中应该明确摆球N、S极的空间指向为竖直方向。教师在评析该题时，应补充磁铁磁场空间分布特征对单摆周期测量的影响，分类讨论该题可能出现的三种实验情境。
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