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單擺測量中的新穎問題

◇湖南陳方正

物理學習的任務之一就是利用所學知識解決生活、生產(chǎn)中的實際問題．利用單擺間接測量物理量就是其重要內(nèi)容之一,是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、開拓精神的重要途徑．

1估測平均流量

提供一定容積并盛滿水的“可樂瓶”1只(瓶底有一小孔)、細線1根、米尺1把、小砝碼1個、盛水的桶1只,試估計水從瓶底小孔連續(xù)流出的平均流量．

2測旗桿高

陰天,面對高高的均勻鋼管做成的旗桿,一陣風吹來,旗桿來回擺動．“旗桿有多高?”同學們七嘴八舌地猜著．你能寫出估測的原理、實驗方法和旗桿高度的計算公式嗎?

分析設x為桿重心相對豎直平衡位置的位移,則F=mgtanα，其中α為此時桿與豎直方向的夾角.

3穿越無底洞的時間

若沿地球兩極間的地軸鉆1個洞,當一物體從北極無初速度地落入這無底洞時,物體將如何運動?到達南極的時間是多少?

分析設地球是密度均勻的圓球體,物體在地球內(nèi)部所受地球引力

4測磁鐵與鐵板間的磁力

如何測量磁鐵和鐵板相距1 cm間的磁力?這一問題在中學物理中是沒有學過的,很多同學一籌莫展．

5用一根細線估測山的高度

兩登山運動員想估測一下某山山頂?shù)缴侥_的高度,他們手中有手表、1根較長的細線.他們分別在山腳和山頂各做了一次實驗,便估算出了山的高度(已知地球半徑R為已知,山腳下重力加速度為g0),請說明他們是如何測量出高度的．

分析重力加速度與山的高度有關,我們可以先想辦法測量重力加速度然后再利用萬有引力來計算出高度．具體過程如下:

本題巧妙地將萬有引力和單擺聯(lián)系在一起,利用單擺的周期只與擺長和重力加速度有關以及重力加速度又與高度有關巧妙地設計實驗并解決問題,考查了學生的知識遷移和隨機應變的能力．

(作者單位：湖南省長沙市雅禮中學)