(1)證明該單擺的運動為簡諧運動，並說明為何單擺擺角θ須限制在小角度？

6下圖為水平放置的圓柱形密閉容器，中間以無摩擦之活塞隔開。活塞右邊和圓柱形容器的右邊以輕質彈簧相連結如圖所示，彈簧符合虎克定律，自然長度為圓柱容器長的一半。左方為真空，右方理想氣體起初的絕對溫度為To。若緩慢增加活塞右方理想氣體的溫度T，且彈簧的力常數不隨溫度變化，其對應的彈簧伸長量為x，寫出x— T的關係式，並以x為縱軸，r為橫軸作出其關係圖。