Question

將一個質(zhì)量為m的物體掛在一個勁度系數(shù)為k的彈簧下面，如果不考慮彈簧的質(zhì)量和空氣的阻力，振動周期T=2π．為了研究振動周期與振子質(zhì)量的關(guān)系，設(shè)計如圖所示的實驗裝置，將彈簧的一端固定在鐵架臺上，另一端掛一只小盤，鐵架臺的豎桿上固定一個可以上下移動的標(biāo)志物，作為計時標(biāo)志．改變小盤中砝碼的質(zhì)量m，測量全振動50次的時間并求出相應(yīng)的周期T．某次實驗得到下列數(shù)據(jù)：

m（10-3kg）	5.00	10.00	15.00	20.00	25.00	30.00
T（s）
T2（s2）	0.729	0.803	0.876	0.941	1.016	1.086

（1）以橫軸代表m，縱軸代表T²，作出T²-m圖．并回答為什么不用T作為縱軸而用T²作為縱軸？______．
（2）根據(jù)圖線求解彈簧的勁度系數(shù)______．
（3）對T²-m圖作出必要的解釋______．

Answer 1

解：（1）由表格數(shù)據(jù)看出，T與m是非線性關(guān)系在，而T²與m是線性關(guān)系，所以T²-m圖象簡單，呈線性關(guān)系．
（2）由振動周期T=2π，變形得到T²=m，
T²-m圖象的斜率K=，由數(shù)學(xué)知識得到圖象的斜率大小為K=14，
則k=2.8N/m
（3）圖線不經(jīng)過原點(diǎn)的原因：沒有考慮砝碼盤的質(zhì)量和彈簧的質(zhì)量
故答案為：（1）圖線簡單，呈線性關(guān)系；（2）2.8N/m；（3）圖線不經(jīng)過原點(diǎn)的原因，沒有考慮砝碼盤的質(zhì)量．
分析：（1）由表格數(shù)據(jù)看出，T與m是非線性關(guān)系在，而T²與m是線性關(guān)系．
（2）由實驗原理：振動周期T=2π，變形得到T²=m，T²-m圖象的斜率K=，由數(shù)學(xué)知識求出斜率，即可得到k．
（3）分析可知圖線不經(jīng)過原點(diǎn)的原因：沒有考慮砝碼盤的質(zhì)量和彈簧的質(zhì)量
點(diǎn)評：該題中采用了轉(zhuǎn)換法的思維，將非線性關(guān)系轉(zhuǎn)換成線性關(guān)系研究，簡單直觀．