從單擺到物理擺

單擺由一條不計質量的擺線及一個不計形體尺寸的擺錘組成，繫住擺線一端且讓質量的擺錘以小角度擺動，探究可觀察的擺動週期與各參數間的關係；若是擺錘質量分散，例如一支質量均勻分布的細棒，改變擺動之支點，探究可觀察之擺動週期與支點位置的關係。

實驗材料：

1. 擺錘（例如鋼球或高爾夫球）x1顆
2. 細線x1卷
3. 碼表
4. 細木棒（~100公分）x1支
5. 電鑽x1把
6. 圖釘x1支

現象說明

單擺擺動時，觀察記錄擺動週期與擺線的關係；接著細木棒的擺動週期與支點的關係。

探究問題

• 2.1 單擺擺動週期與擺動角度的關係T(θ)？
• 2.2 單擺擺動週期與擺錘質量之關係T(m)
• 2.3 單擺擺動週期與擺線長度之關係T(Ɩ)？
• 2.4 木棒擺動週期與支點的關係T(d)？
• 2.5 木棒擺動週期與木棒形體和質量之間的關係？
• 2.6 前述兩項實驗還有哪些可能的探討變數？

實作項目

• 3.1 設計與執行單擺擺動週期與相關變數之間的關係之各項實驗：

• 3.1.1 探究T(θ)
• 3.1.2 探究T(m)
• 3.1.3 探究T(Ɩ)，轉化T對Ɩ2的關係圖。

• 3.2 設計與執行單擺擺動週期與相關變數之間的關係實驗：

• 3.2.1 探究T(d)

分析與結論

• 4.1 能從前述所記錄數據與繪製的數據圖中，分析出相關趨勢，結論出可能之定性關係。
• 4.2 能進一步從記錄之數據與繪製之數據圖中，粹取出相關重要物理量，進一步繪製關係圖，結論出定量關係式。
• 4.3 能推導相關數據，並將理論數據與實驗數據繪圖比較，例如T(d)。
• 4.4 能從所記錄數據與繪製的數據圖中，瞭解還有額外需要設計實驗與執行的項目。

教學目標與評量

• 5.1 能實際操作、記錄數據、繪製圖表。
• 5.2 能分析數據所表現之結果。
• 5.3 能推導物理擺之擺動週期對轉軸到質心的關係式，並能與實驗數據作比較。