机械能守恒定律演示器的设计与自制.pdf

1、实 验 创 新 中 ：b 参考 第 3 7 卷第 4 期 2 0 0 8 年 4 月 机械 能 守恒定律 演 示器 的 设计 与 自制 刘 万强 王 中院(湖 北荆 州松 滋 市第 一 中学4 3 4 2 0 0)机械能守恒 定律是 中学物理 的重点、热点和难 点 现 有各 种版本 的高中物理教材，几乎都是使 用打点计时器研究 自由落 体运动来验证 机械能守恒的 从学会使用 打点计时器和掌握 纸 带的处理方法来 看，这 一安排是 有必要 的；但 就机械 能守恒模 型来说，选择 自由落体运 动过 于简单 能否另 外设计 一个制作 简便、操作容易、测量准确的仪器 呢?经多 次研 究，笔者对该实 验

2、进行了改进，在实 际教学 中也取得 了好的效果 一、实验设计(一)1 实 验装 置介 绍 如图 1，用长约 5 0 c m 的细线拴 住钢球 做成 摆，摆线 另一 端 固定在 铁架 台横 杆上，在 悬点 正 下 方放一剃 须刀 片，刀片 平 面取水 平 方 向，刀刃与摆线 的运 动 方 向 斜 交 而 不垂直，如 图 2中的俯 视 图，这样可 以 迅速把摆线割断 调整刀 刃位 置，使 之 恰 能在球 摆 到最低 点 时把 线割 断，割 断处 尽量 靠 近小球 在水 平地 面 放一 白纸，上面再放一复写纸 2 实验操作 与数据 分析 图 1 二、实验设计(二)1 实验 装 置 介 绍 如图 3，

3、制作一高约 8 0 c m，由落球平板底座、顶板和两立柱构 成 的木质支架，两立柱(宽 2 c m)相距 1 2 c m；一厚度2 c m、宽5 c m、平，木板下 面 固定 一 电池盒 对 横杆 电磁 吸球器 供 电，在木 板左侧 图 3 如 图 2，将摆球偏 离平衡位 置 B，测 出小球在 A处 相对 B 点 的 高度 h 释 放摆 球，当球经 过 平衡位置 时摆线 被割 断，小球做 平 抛运动，落地后在 白纸和 复写纸 上 打下落点 痕迹，测 出水 平射 程 s 和 抛出点离地面的高度 h z 据平抛规律可知，球经 B点时的 厂=一 速 度 一 一 s 彘 球 在 A 点 相 对 B点的

4、重力势能 4 一m g h ，经 B 图 2 点的动能 一m v B 一_ra g s 比较 和 E k B，可得在误差允许范 埘 2 围内机械能守恒的结论 将小球从 A 处再次释放，重做 上面实验 3 存在 问题 实验每做一次悬线 被切 断一 次，第二 次必 须重 新安 装小 球且重新调整，相 当麻 烦 如果一 次实 验 中引起 了较 大误 差，就不能得到正常结 论，不利 于多次 重复实 验取 平均 值来 减小 误差。这种随时组装 的简易 仪器，实验 时需要 四处寻 找所 需小 物件(刀片、夹子 等)，也 不便 于搬运 和保 管 能否 制成 成 品仪 器 以便 于利用?我们又做 了如 下设

5、计改进 句 E-ma i l：p h y c fe 2 1 c o m 距离两端1 c m 处安装一按压式开关(只与其一开关 构成电路，另 一空接)；在落球平板底座上铺放白纸和复写纸 开白 1,liK 开 图 4 图 5 2 实验操作 与数据 分析 如图 5，接通 电源，把 直 径 2 c m 的钢 球 放在 电磁 吸球器 上 将木 板拉至一定高度后调整横 杆上 的细线，让钩子 钩住木 板在 F处 静止 把木 板从 F处 由静止 释放，钢球随木板一起 向 下摆 动 当木板摆 动到最低位置 G时与立柱相 碰，同时开关被 按 压使电源断开吸球器失磁，钢球 因惯性做 平抛运 动，落在 白 纸和复写

6、纸上打下落点痕迹 测 出图 5中的 H、h、z，根据平抛 规律 可知 钢球经 G点时 一厂 一 的 速度V G 一一 z 南 设由 木板、钢 球、吸 球器和电池盒等 组成 的摆 总质 量为 M，它们在 lF点相对 G 点的重力势能E 一 Mg h，经 G点 时的动 能 Ek G 一下Mv c 2一M gx H2比较 F 和 Ek G，可得在误差允许范 围内机械能守恒 的结论 为减小实验误差，可把木板拉到同一位置下落 8至1 O 次，用尽 可能小圆把所有落点圈在里面，圆心就是小球的平均落点 为确保 小球每次从同一高度的某位置释放，每次释放前将木板用悬挂在横 杆上的钩子钩住以矫正出发点的位置，同时也便于 h的测量 3 实 验 设 计(二)的 优 点 选材容易，制作 简便，操 作简 捷，测量 简 单，现象 明显，误 差较小，教学效果好 维普资讯 http:/