探討驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

向一

摘 要：探討機(jī)械能量守恒定律實(shí)驗(yàn)中的不足，提出切實(shí)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方法，減少實(shí)驗(yàn)誤差，提高實(shí)驗(yàn)的可操作性，以便學(xué)生更好地探討認(rèn)識機(jī)械能守恒定律。

關(guān)鍵詞：機(jī)械能；守恒定律；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是高中物理必修課內(nèi)容之一，課本對該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路、步驟和過程均有考察。表面上看，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完善精確，但深入分析可以發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)裝置漏洞多，缺乏科學(xué)性和操作性，依據(jù)課本無法完成實(shí)驗(yàn)操作。為此，本文對驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)改進(jìn)談?wù)勎覀€人看法和學(xué)習(xí)心得，提高實(shí)驗(yàn)可操作性和精確性。

一、實(shí)驗(yàn)存在的問題

圖1為教材所示實(shí)驗(yàn)配圖，打點(diǎn)計(jì)時器使用燒瓶夾固定，即使使用專用夾子也無法將打點(diǎn)計(jì)時器固定于鐵夾上。電磁打點(diǎn)計(jì)時器和電火花計(jì)時器所受重力分別為2.7 N和2 N，實(shí)驗(yàn)要求電磁打點(diǎn)計(jì)時器與燒瓶夾的基礎(chǔ)面上，難以計(jì)算燒瓶夾住計(jì)時器產(chǎn)生的相對壓力，也難以穩(wěn)定地固定打點(diǎn)計(jì)時器。而由于兩種計(jì)時器的結(jié)構(gòu)及功能，計(jì)時器只能固定于左下角，該固定位置容易導(dǎo)致燒瓶夾并非夾在離計(jì)時器重心位置，使計(jì)時器存在轉(zhuǎn)動力矩，試驗(yàn)中容易隨振動而向下轉(zhuǎn)動。改用電火花計(jì)時器也無法規(guī)避該問題。

二、改進(jìn)措施

使用鐵夾底座面和燒瓶夾共同固定打點(diǎn)計(jì)時器，如圖2所示。將打點(diǎn)計(jì)時器豎直放于鐵架臺底座面，連接線柱一側(cè)貼近鐵架臺底座面，將鐵架臺立柱垂直夾角降至合適位置，使用燒瓶夾夾住計(jì)時器右上角，帶孔一端伸出臺面，將打點(diǎn)計(jì)時器底座調(diào)節(jié)至豎直狀態(tài)。此時打點(diǎn)計(jì)時器受鐵架臺及燒瓶夾共同作用，可將計(jì)時器穩(wěn)定地固定于底座面。該設(shè)計(jì)方式不僅可以穩(wěn)定地固定打點(diǎn)計(jì)時器，還確保底座與運(yùn)動紙帶始終處于同一水平位置，實(shí)驗(yàn)操作也更加靈活方便。另外，試驗(yàn)中保證紙帶舒展。紙帶通常被卷成圓形，紙帶的摩擦力增大。而電磁打點(diǎn)計(jì)時器的工作阻力應(yīng)低于2.49×10-2 N，紙帶摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于打點(diǎn)計(jì)時器的工作阻力。而且卷曲的紙帶也容易導(dǎo)致計(jì)時器打點(diǎn)，導(dǎo)致跡點(diǎn)不清晰。因此，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)將紙帶捋直，減小摩擦力，使“跡點(diǎn)”更清晰。還應(yīng)選擇質(zhì)地軟薄、韌性高的紙帶，提高“跡點(diǎn)”的清晰度。

在物理課程改革背景下，物理實(shí)驗(yàn)安排設(shè)計(jì)應(yīng)貼近實(shí)際，使實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)構(gòu)、性能更加符合學(xué)校實(shí)際情況，才能更有利于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。否則更容易造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)混亂，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)無法發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳含章.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2014（06）：31-33.

[2]劉玉震.“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新方案賞析[J].中學(xué)生數(shù)理化：高二高三版，2014（05）：26-27.

編輯 謝尾合