中学物理获奖论文用单摆验证机械能守恒定律

中学物理获奖论文用单摆验证机械能守恒定律中学物理获奖论文用单摆验证机械能守恒定律内容提要：源于课本而高于课本，注重求新求变求异，重视创新性的改造与综合性拓展，是近年来高考实验命题的一大趋势。为了适应高考对实验考查的新趋势（新装置验证旧结论） ，我特意设计了一个用单摆验证机械能守恒定律的创新实验，并对此作了较详细地改进和综合性的拓展。关键字：拓展创新;摆球平抛;实验改进;对心碰撞。教科书中采用了“小球自由落体法”的实验验证机械能守恒定律，虽然此实验简单，学生容易接受，但实验装置在实验中有些不妥处，这是因为：计时器本身的重力以及纸带对计时器的摩擦力均会产生一个使计时器转动的力矩，难以保证重物下落时计时器本身的稳固性，由于计时器的安装偏高，手提纸带上端时操作困难，一般来说，实验桌高约 80cm，铁架台杆约 60cm，即便安装在杆高处2/3 处，再加纸带的标准长度为 82cm,手提纸袋上端时的高度约为 80cm+40cm+82cm=202cm,显然此高度会使实验操作困难。在近几年的高考中，对实验的考察，着重实验的创新和设计，单摆虽然在高考中没有要求，但机械能守恒定律的实验是高考的热点。在部分地方已经出现了用单摆验证机械能守恒定律的考题！结合近几年的高考考点和“落体”实验的不足，我设计了一个用单摆验证机械能守恒定律的实验，针对不同学校的资源条件和高考综合性的要求，对实验已作了进一步的改进和综合性的拓展。一、 创新实验实验器材：铁架台、铁球、电热丝、电源、白纸、复写纸、长约 0.5m 的细线、重锤线、刻度尺、量角器。实验原理：让单摆由静止从 A 点开始下摆，当小球摆至最低处 B 点时，细线被电热丝烧断，摆球做平抛运动，测得摆球平抛运动的水平位移 CM=x 与竖直位移BM=h2,可得摆球平抛的初速度 ；所以摆球摆动到B 点的动能 ,测量出摆球的初位置到其投影点的高度 h1,则摆球摆动过程下降的高度h=h1-h2，由此求出摆球摆动过程中的重力势能的变化量 ，最后比较动能变化量EK=EK 与重力势能的变化量Ep 在误差允许的范围内是否相等，从而验证摆球下摆过程机械能守恒。实验步骤：1.将铁架台放置在水平桌面的边缘上，并在铁架台的竖直杆上适当位置固定一根水平短支架；2.在铁架台的水平长支架上确定摆线的悬点 O点，并在该点竖直方向上固定一个夹子，在悬点正下方的地面上放一张较大的白纸，用重锤线确定悬点 O 点在白纸上的投影点 M；3.将摆线一端用夹子固定好，另一端与铁球相连，让铁球在竖直方向上处于静止状态，用米尺量出此时铁球球心到投影点 M 的高度 h2，并记下所测数据；4.调整水平短支架的固定位置及长度，让铁球与水平短支架的 A 点刚好接触时，固定支架不动；5.用重锤线确定水平短支架的端点 A 点在白纸上的投影点 N 点，用米尺量出 AN 两点的高度h1(此高度也为铁球球心的初位置到其投影点的高度)，并记下所量的数据。6.在白纸上放一张复写纸，将铁球再次偏离竖直方向，让铁球与水平短支架的 A 点刚好接触，同时在悬点 O 点的正下方 p 点（小于摆长的位置）水平放置一根炽热的电热丝，静止释放铁球；7.保持短支架不动，使铁球由静止释放时的初位置不变，重复实验 10 次；8.计算铁球由静止释放到铁球摆至最低处 B 点的高度差h=h1-h2；9.将铁球落地点用最小的圆圈起来，读出圆心处的位置 C 点，并用米尺量出 MC 两点间的距离x；10改变水平短支架的位置和长度，从而改变铁球由静止开始摆动的初位置，重复上述实验 4到 9 的步骤。中学物理获奖论文用单摆验证机械能守恒定律内容提要：源于课本而高于课本，注重求新求变求异，重视创新性的改造与综合性拓展，是近年来高考实验命题的一大趋势。为了适应高考对实验考查的新趋势（新装置验证旧结论） ，我特意设计了一个用单摆验证机械能守恒定律的创新实验，并对此作了较详细地改进和综合性的拓展。关键字：拓展创新;摆球平抛;实验改进;对心碰撞。教科书中采用了“小球自由落体法”的实验验证机械能守恒定律，虽然此实验简单，学生容易接受，但实验装置在实验中有些不妥处，这是因为：计时器本身的重力以及纸带对计时器的摩擦力均会产生一个使计时器转动的力矩，难以保证重物下落时计时器本身的稳固性，由于计时器的安装偏高，手提纸带上端时操作困难，一般来说，实验桌高约 80cm，铁架台杆约 60cm，即便安装在杆高处2/3 处，再加纸带的标准长度为 82cm,手提纸袋上端时的高度约为 80cm+40cm+82cm=202cm,显然此高度会使实验操作困难。在近几年的高考中，对实验的考察，着重实验的创新和设计，单摆虽然在高考中没有要求，但机械能守恒定律的实验是高考的热点。在部分地方已经出现了用单摆验证机械能守恒定律的考题！结合近几年的高考考点和“落体”实验的不足，我设计了一个用单摆验证机械能守恒定律的实验，针对不同学校的资源条件和高考综合性的要求，对实验已作了进一步的改进和综合性的拓展。一、 创新实验实验器材：铁架台、铁球、电热丝、电源、白纸、复写纸、长约 0.5m 的细线、重锤线、刻度尺、量角器。实验原理：让单摆由静止从 A 点开始下摆，当小球摆至最低处 B 点时，细线被电热丝烧断，摆球做平抛运动，测得摆球平抛运动的水平位移 CM=x 与竖直位移BM=h2,可得摆球平抛的初速度 ；所以摆球摆动到B 点的动能 ,测量出摆球的初位置到其投影点的高度 h1,则摆球摆动过程下降的高度h=h1-h2，由此求出摆球摆动过程中的重力势能的变化量 ，最后比较动能变化量EK=EK 与重力势能的变化量Ep 在误差允许的范围内是否相等，从而验证摆球下摆过程机械能守恒。实验步骤：1.将铁架台放置在水平桌面的边缘上，并在铁架台的竖直杆上适当位置固定一根水平短支架；2.在铁架台的水平长支架上确定摆线的悬点 O点，并在该点竖直方向上固定一个夹子，在悬点正下方的地面上放一张较大的白纸，用重锤线确定悬点 O 点在白纸上的投影点 M；3.将摆线一端用夹子固定好，另一端与铁球相连，让铁球在竖直方向上处于静止状态，用米尺量出此时铁球球心到投影点 M 的高度 h2，并记下所测数据；4.调整水平短支架的固定位置及长度，让铁球与水平短支架的 A 点刚好接触时，固定支架不动；5.用重锤线确定水平短支架的端点 A 点在白纸上的投影点 N 点，用米尺量出 AN 两点的高度h1(此高度也为铁球球心的初位置到其投影点的高度)，并记下所量的数据。6.在白纸上放一张复写纸，将铁球再次偏离竖直方向，让铁球与水平短支架的 A 点刚好接触，同时在悬点 O 点的正下方 p 点（小于摆长的位置）水平放置一根炽热的电热丝，静止释放铁球；7.保持短支架不动，使铁球由静止释放时的初位置不变，重复实验 10 次；8.计算铁球由静止释放到铁球摆至最低处 B 点的高度差h=h1-h2；9.将铁球落地点用最小的圆圈起来，读出圆心处的位置 C 点，并用米尺量出 MC 两点间的距离x；10改变水平短支架的位置和长度，从而改变铁球由静止开始摆动的初位置，重复上述实验 4到 9 的步骤。中学物理获奖论文用单摆验证机械能守恒定律内容提要：源于课本而高于课本，注重求新求变求异，重视创新性的改造与综合性拓展，是近年来高考实验命题的一大趋势。为了适应高考对实验考查的新趋势（新装置验证旧结论） ，我特意设计了一个用单摆验证机械能守恒定律的创新实验，并对此作了较详细地改进和综合性的拓展。关键字：拓展创新;摆球平抛;实验改进;对心碰撞。教科书中采用了“小球自由落体法”的实验验证机械能守恒定律，虽然此实验简单，学生容易接受，但实验装置在实验中有些不妥处，这是因为：计时器本身的重力以及纸带对计时器的摩擦力均会产生一个使计时器转动的力矩，难以保证重物下落时计时器本身的稳固性，由于计时器的安装偏高，手提纸带上端时操作困难，一般来说，实验桌高约 80cm，铁架台杆约 60cm，即便安装在杆高处2/3 处，再加纸带的标准长度为 82cm,手提纸袋上端时的高度约为 80cm+40cm+82cm=202cm,显然此高度会使实验操作困难。在近几年的高考中，对实验的考察，着重实验的创新和设计，单摆虽然在高考中没有要求，但机械能守恒定律的实验是高考的热点。在部分地方已经出现了用单摆验证机械能守恒定律的考题！结合近几年的高考考点和“落体”实验的不足，我设计了一个用单摆验证机械能守恒定律的实验，针对不同学校的资源条件和高考综合性的要求，对实验已作了进一步的改进和综合性的拓展。一、 创新实验实验器材：铁架台、铁球、电热丝、电源、白纸、复写纸、长约 0.5m 的细线、重锤线、刻度尺、量角器。实验原理：让单摆由静止从 A 点开始下摆，当小球摆至最低处 B 点时，细线被电热丝烧断，摆球做平抛运动，测得摆球平抛运动的水平位移 CM=x 与竖直位移BM=h2,可得摆球平抛的初速度 ；所以摆球摆动到B 点的动能 ,测量出摆球的初位置到其投影点的高度 h1,则摆球摆动过程下降的高度h=h1-h2，由此求出摆球摆动过程中的重力势能的变化量 ，最后比较动能变化量EK=EK 与重力势能的变化量Ep 在误差允许的范围内是否相等，从而验证摆球下摆过程机械能守恒。实验步骤：1.将铁架台放置在水平桌面的边缘上，并在铁架台的竖直杆上适当位置固定一根水平短支架；2.在铁架台的水平长支架上确定摆线的悬点 O点，并在该点竖直方向上固定一个夹子，在悬点正下方的地面上放一张较大的白纸，用重锤线确定悬点 O 点在白纸上的投影点 M；3.将摆线一端用夹子固定好，另一端与铁球相连，让铁球在竖直方向上处于静止状态，用米尺量出此时铁球球心到投影点 M 的高度 h2，并记下所测数据；4.调整水平短支架的固定位置及长度，让铁球与水平短支架的 A 点刚好接触时，固定支架不动；5.用重锤线确定水平短支架的端点 A 点在白纸上的投影点 N 点，用米尺量出 AN 两点的高度h1(此高度也为铁球球心的初位置到其投影点的高度)，并记下所量的数据。6.在白纸上放一张复写纸，将铁球再次偏离竖直方向，让铁球与水平短支架的 A 点刚