王聆語(yǔ)

【摘 要】《機(jī)械能守恒定律》這一節(jié)內(nèi)容具有承上啟下的作用，不僅為后面學(xué)習(xí)靜電場(chǎng)的研究方法打下了基礎(chǔ)，同時(shí)也是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的重要補(bǔ)充，是對(duì)牛頓三定律為核心基礎(chǔ)力學(xué)所研究的《機(jī)械運(yùn)動(dòng)》部分的進(jìn)一步理解和完善。理論學(xué)習(xí)相對(duì)抽象，學(xué)生不易理解，為了印證這個(gè)定律的科學(xué)性，采用氣墊導(dǎo)軌設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們親手操作實(shí)驗(yàn)步驟，得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，處理分析后得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論，可以使同學(xué)們對(duì)這部分知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)更加深刻，記憶更加牢固。

【關(guān)鍵詞】驗(yàn)證;機(jī)械能守恒定律

【新課引入】

勇敢者的游戲：用細(xì)線將重物懸起，請(qǐng)一位學(xué)員靠近，將重物拉至學(xué)員鼻子處釋放，擺回時(shí)，觀察重物能否碰到該同學(xué)的鼻子;觀察重物擺動(dòng)幅度是否有變化。通過(guò)游戲互動(dòng)，問(wèn)題引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)的興趣，引出課題“機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證”。

【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

知識(shí)和能力

1、理解實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，明確實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量。

2、能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

過(guò)程和方法

通過(guò)氣墊導(dǎo)軌來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程和物理問(wèn)題的研究方法。

情感態(tài)度和價(jià)值觀

1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會(huì)學(xué)習(xí)的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。

2、通過(guò)親身實(shí)踐，樹(shù)立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀。

3、培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

【實(shí)驗(yàn)儀器】

氣墊導(dǎo)軌、光電門(mén)、滑塊、重物、細(xì)繩、數(shù)字毫秒計(jì)、天平

【實(shí)驗(yàn)原理】

機(jī)械能守恒定律：物體系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果只有保守內(nèi)力（重力或彈力）做功，其它力不做功或做功的代數(shù)和為零，那么系統(tǒng)的動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，但其總和保持不變，這個(gè)結(jié)論簡(jiǎn)稱(chēng)為機(jī)械能守恒定律。

要點(diǎn)：（1）動(dòng)能和勢(shì)能相轉(zhuǎn)化（2）只有重力或彈力做功。

【驗(yàn)證方法】

如果兩個(gè)式子相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒。

實(shí)驗(yàn)裝置圖：

如圖1所示，本實(shí)驗(yàn)將在氣墊導(dǎo)軌上進(jìn)行，氣墊導(dǎo)軌是一種較為理想的力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。它利用從導(dǎo)軌表面噴出的壓縮空氣，在導(dǎo)軌與滑行器之間形成空氣薄膜，浮起滑塊，使滑塊懸浮在導(dǎo)軌表面，從而大大減少了物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，為測(cè)量創(chuàng)造了比較理想的實(shí)驗(yàn)條件。

把滑塊放在水平導(dǎo)軌上，滑塊和重物由細(xì)繩相連掛在滑輪上，由重物、滑塊、細(xì)繩和滑輪組成的這一系統(tǒng)，其系統(tǒng)所受到的合外力大小等于重物的重力減去阻力，在本實(shí)驗(yàn)中阻力可忽略，因此重物的重力就等于作用在系統(tǒng)上合外力的大小。系統(tǒng)的質(zhì)量M就等于重物的質(zhì)量、滑塊的質(zhì)量和滑輪的折合質(zhì)量的總和.

在導(dǎo)軌上相距S的兩處放置兩光電門(mén)，當(dāng)滑塊在重物的作用下開(kāi)始滑動(dòng)，滑塊上的遮光片依次通過(guò)光電門(mén)時(shí)，即可在數(shù)字毫秒計(jì)上得到滑塊通過(guò)兩光電門(mén)和速度v1和v2。

如圖2，遮光片這四條邊依次經(jīng)過(guò)光電門(mén)，光電門(mén)會(huì)記錄第一條邊到第三條邊的時(shí)間t，而我們能測(cè)得這兩條邊的距離，由于較窄，所以在范圍內(nèi)，滑塊的速度變化比較小，故可把平均速度/t，看成是滑塊上遮光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)的瞬時(shí)速度。這個(gè)計(jì)算過(guò)程是通過(guò)數(shù)字毫秒計(jì)實(shí)現(xiàn)的，數(shù)字毫秒計(jì)還可以計(jì)算加速度，所以我們要把光電門(mén)和數(shù)字毫秒計(jì)相連，功能選擇在加速度的檔位，我們可以直接在數(shù)字毫秒計(jì)上讀出速度和加速度的大小。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】

采用“調(diào)放讀測(cè)”四步操作，分別是：

1、正確連接實(shí)驗(yàn)裝置，并調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌水平，然后調(diào)節(jié)好兩個(gè)光電門(mén)之間距離為50cm，接著調(diào)節(jié)數(shù)字毫秒計(jì)的功能選項(xiàng)。

2、打開(kāi)氣源，將滑塊置于光電門(mén)1的外側(cè)，細(xì)繩繞過(guò)滑輪，釋放重物，拉滑塊在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)。

3、當(dāng)滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門(mén)后，讀出系統(tǒng)的速度V1和V2。

4、用天平稱(chēng)出此時(shí)重物的質(zhì)量m和滑塊的質(zhì)量M，將數(shù)據(jù)填表。

為了減小隨機(jī)誤差，整個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3-5次，將數(shù)據(jù)填表。

【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理】

依據(jù)實(shí)驗(yàn)，采集整理以下信息

根據(jù)公式，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，判斷是否能夠驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

【總結(jié)分析】

1、系統(tǒng)誤差：細(xì)繩與滑輪的阻力、空氣阻力的影響。數(shù)據(jù)相差較小，在誤差允許范圍內(nèi)，符合實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是成功的。

2、人為失誤：在“調(diào)放讀測(cè)”四步出現(xiàn)操作失誤。

一調(diào)：氣墊導(dǎo)軌沒(méi)有調(diào)平，就開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)，使得勢(shì)能變化量過(guò)小，產(chǎn)生誤差。

二放：細(xì)繩長(zhǎng)度太長(zhǎng)，當(dāng)重物落地不再提供拉力，滑塊減速靠慣性移動(dòng)到第二個(gè)光電門(mén)，使得v2小于v1，得出的動(dòng)能變化量是負(fù)值。

三讀：在數(shù)字毫秒計(jì)上讀出的速度單位是cm/s，計(jì)算時(shí)沒(méi)換算，數(shù)值偏差很大。

四測(cè)：用天平測(cè)量滑塊質(zhì)量后，沒(méi)有調(diào)平，進(jìn)而測(cè)量重物的質(zhì)量產(chǎn)生了誤差。