張寶龍

(安徽省宿州市碭山中學(xué)，安徽 宿州 235300)

在高中物理教材中,無論是哪個版本,驗證機(jī)械能守恒定律這個實驗都是比較重要的,也是作為培養(yǎng)學(xué)生物理知識與物理觀念的重要知識點,也是培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)的重要實驗．

質(zhì)疑:只是說若在誤差允許的范圍內(nèi),可以驗證機(jī)械能守恒定律,但是有誤差,我們始終看不到真實的結(jié)果,這樣說是不是有些牽強(qiáng),或者甚至可以說在誤差允許的范圍內(nèi),|ΔEp|<ΔEk,又怎樣能證明它是錯誤的呢?帶著這種質(zhì)疑,筆者嘗試用另外一種方法,由伽利略落體實驗的合理外推想到了一種數(shù)學(xué)推導(dǎo)和科學(xué)實驗相結(jié)合方法,來驗證機(jī)械能守恒定律．具體做法如下.

1 理論假設(shè)

2 實驗器材

圖1

電火花計時器,交流電源,紙帶(墨粉紙盤),紙質(zhì)重錘(自制),木質(zhì)重錘(自制),鐵質(zhì)重錘,導(dǎo)線,毫米刻度尺,鐵架臺(帶夾子),如圖1所示．

3 實驗過程設(shè)計

(1) 按圖2裝置固定好電火花計時器,并用導(dǎo)線將計時器接到220 V交流電源上．

(2) 將紙帶的一端固定在紙質(zhì)重錘上,使另一端穿過計時器的限位孔,用手豎直提著紙帶,使紙質(zhì)重錘靜止在靠近計時器的地方．

(3) 接通電源,松開紙帶,讓紙質(zhì)重錘自由下落,計時器就在紙帶上打下一系列小點．

(4) 換幾條紙帶,重做上面的實驗．

(5) 從幾條打上了點的紙帶上挑選點跡清晰的紙帶進(jìn)行測量．

(6) 在挑選出的紙帶上,先記下打第一個點的位置0,再任意選取幾個點1、2、3等,用刻度尺量出各點到0的距離h1、h2、h3．

(8) 如圖3 — 圖4所示，按照以上步驟分別用木質(zhì)重錘、鐵質(zhì)重錘進(jìn)行實驗.實驗紙帶如圖5所示，實驗數(shù)據(jù)如表1所示．

圖2 圖3 圖4

圖5

4 實驗數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理方法： 重錘質(zhì)量m不需要測量(T=0.02s)

表1

把這些數(shù)據(jù)用幾何畫板分別作在同一幅圖中進(jìn)行比較，如圖6所示.

圖6

5 教學(xué)反思:

筆者看了很多資料,也嘗試了好幾種方法,剛開始筆者的設(shè)計是用光電門來測鐵球、鐵質(zhì)重錘等經(jīng)過光電門的時間,來求速度,但是中間時刻和中間位置的系統(tǒng)誤差始終困擾著筆者．我們只是說若在誤差允許的范圍內(nèi),可以驗證機(jī)械能守恒定律,但是有誤差,我們始終看不到真實的結(jié)果．這樣說是不是有些牽強(qiáng),或者甚至可以說在誤差允許的范圍內(nèi),|Ep|