探究實踐拓展七年級科學上冊浙教版
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16. 在一條細長繩的一端系一個小鐵塊,就做成了一個擺,如圖所示。當擺動角度很小時,小鐵塊擺動一個來回所用的時間(擺的周期)是一定的。如何準確測量擺的周期?寫出你的方法。
請你嘗試制作一個周期為1s的擺,并測量小鐵塊的中心到懸掛點的總長度。
答案:測量方法:讓擺自由擺動,用秒表測量擺完成n個周期(n取10或20,減少誤差)所用的總時間t,則擺的周期T = $\frac{t}{n}$。
制作1s周期擺的長度:通過多次調整繩長,用上述方法測量周期,當周期接近1s時,測量小鐵塊中心到懸掛點的長度,約為25cm(根據單擺周期公式$T = 2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}$,$g\approx9.8m/s^2$,計算得$l\approx0.25m$)。
17. 請閱讀《科學重器——原子鐘》并回答問題。
科學重器——原子鐘
星空浩瀚,地球轉動,四季更替,草木枯榮。從人類意識覺醒開始,“時間”便如影隨形。從太陽升落、日暮、沙漏、水鐘、機械鐘、石英鐘到目前最準確的計時工具——原子鐘,這些計時方法與工具的發展體現了不同時代勞動人民的智慧。計時工具大多是以某種規則運動的周期(完成一次規則運動所用的時間)為基準計時的,比如日晷以日地相對運動的周期為基準;機械擺鐘以擺的振蕩周期為基準;石英鐘以石英晶體有規則的振蕩周期為基準。選作時鐘基準的運動周期越穩定,測量時間的精準度就越高,基于此科學家制造出了原子鐘(如圖所示),它以原子釋放能量時發出電磁波的振蕩周期為基準,由于電磁波的振蕩周期很穩定,使得原子鐘的計時精準度可達每百萬年才差1s。
人們通常選取自然界中比較穩定、世界各國都能接受的事物作為測量標準。正是由于原子輻射電磁波振蕩周期的高穩定性適合作為時間的測量標準,于是在1967年,國際計量大會將“1s”重新定義為銫133原子輻射電磁波振蕩9192631770個周期的持續時間。時間單位“s”作為國際通用的測量語言,是人類描述和定義時空的標尺。
雖然制定了統一的時間測量標準,但若各地時間不能同步,也會給人們帶來麻煩。比如,若電網調節時間不同步,可能會燒壞電機;金融市場時間不同步,可能會導致巨大的經濟損失。這就需要有一個時間基準,用于實現時間的同步,就像日常生活中,我們常常根據電視臺播報的時間來校準自己的時間一樣。在我國,提供校準時間的是位于西安的國家授時中心的原子鐘,它被用作基準鐘向電視、廣播、網絡等提供報時服務。在導航系統中,如果導航定位的精準度為1m,則要求衛星上原子鐘的時間同步必須在$3×10^{-9}s$之內,這需要衛星上的原子鐘和地面上的基準鐘定期校準,以保證定位的精準度。我國自主研制的北斗導航系統中,原子鐘堪稱“導航衛星的心臟”,使我國在導航精準度方面達到厘米級,處于全球領先水平。
計時工具的演變,展現了人類“時間文化”的進程,更彰顯出人類精益求精、不斷探索、追求卓越的科學精神。
請根據上述材料,回答下列問題。
答案: