机械能守恒定律验证实验的突破_也谈朗威DISLab数字实验系

1、机械能守恒定律验证实验的突破也谈朗威 DISLab 数字实验系统的应用蔡晓明(江苏省 梅村高级中学 , 江苏 无锡 214101传统的 物理实验采用 自由落体 运动验 证机械 能守恒 定 律 , 存在以下几点不足 .1. 由于 电磁打点计时器与纸带之间存在摩擦 , 影响实 验 的精度 ; 2. 提纸 带的手的抖动不 能保证 重锤在速 度为零 开始 计 时 ;3. 纸带上的点存在拖痕而较粗 , 影响处理精度 .所以实验效果极差 , 严重影 响教学质 量 . 为了解 决这 一 实验瓶颈 , 我们采用朗威 DISL ab5. 0设备与单 摆结合代替传 统实验装置 , 取得良好 的效果 . 本文 将我

2、们 的具体 做法介 绍 给同行 , 以便切磋 .实验原理 :分别测出摆锤在摆动过程中任 意时刻的动能 和重力势能 , 得出摆 锤在任 何时刻 它们的 总量 机 械能 , 从实验结果得出机械能守恒的特点 .实验器材 :摆锤 (质量已 知 、 铁 架台、 细线 , 以上 三个 组 成一个单摆 , 铁架台的正下方固定一块标有高 度标线的扇形 铁板 , 朗威 DI SL ab5. 0实验仪器 (选用光电门、 数据采集器 , 电脑 .器材改制 :在光电门 上嵌一 块小磁钢 , 以 便能吸 附在 铁 板上. 图 1具体装置如图 1所示 .实验方法 :1. 按照图 1所示安 装好单 摆装 置 , 启 动朗

3、威 DISLab5. 0实验软 件 , 将 光电 门 传感 器 与数 据 采 集器 连 接 好 .2. 在 摆锤 下摆 的路 径上 任选 5个位 置 (可 以选 A 、 B 、 C 、 D 、 E 、 F 中的任意 5点 , 也可以随意选择 , 分别测出各 自 的高度 (可由板上的刻度读取 .3. 朗威 DISLab5. 0实验 器开 始数 据采 集 , 让 摆锤 在 A 点从静止开 始摆动 , 用 光电门 分别 测出 B 、 C 、 D 、 E 各处 的速度 .4. 由计算机算出各处重力势能与动能的总和 .5. 以上数据都记录在数据表中.图 2使用步骤 :1. 打开朗威 DISL ab5.

4、0实验器 , 依次 点击 教 材专用 软 件 ! 、 动能势能转化 ! 最后弹山数据记录界面 , 如图 2所示 .2. 将摆锤 放到扇 形铁板 的 A 点 处固定 好 , 然后将 光电 门传感器移到目标处 (如 12cm 处 固定好 , 使光电门的 光点 在相应高度上 .3. 数据界面中分别录入挡光片宽度 s 的 数值 (如 0. 008 和 物体质量 (如 0. 0075.图 3用气垫导轨探究功与物体质量 、 速度的关系陈春丽(浙江宁海中学 , 浙江 宁海 315600在 物理 #新教材探究 功与物体 速度变 化的关 系的实 验 中 , 是采用小车在橡皮 筋作用 下在木 板上滑 行 , 用

5、打点计 时 器测出小车 获得的速度 , 作出 曲线来 进行定 量关系分 析 . 这 个实验的要点是调节木板的倾斜度 , 使小车重 力沿木板斜面 上的分力与小车所受的摩擦力平衡 , 这样小车 只有橡皮筋的 弹力做功来探究实验 . 但在实验操作过程中发 现平衡摩擦力 不是很容易做到的事 , 并且木板上每处的动摩 擦因数不可能 完全相同 , 这都会给实验增加了误差 .气垫导轨是利用气源将空气打入导轨型腔 , 再由导轨表 面上的小孔 喷出 气流 , 在 导轨 与滑 行器 之间 形 成很 薄的 气 膜 , 将滑行器浮起 , 使 滑行器 与导轨 之间的 摩擦力 减少到 可 以忽略的程 度 , 再忽略 空气

6、阻 力 , 滑 行器就 可看作 是没有 受 阻力的物体 , 大大减少 由于摩 擦力而 出现的 较大误差 , 实 验 结果接近理 论值 . 以下 是我用 气垫导 轨探究 实验的过 程 . 采 用实验器材有 :气垫导 轨、 光电门两 个、 挡光片、 电脑 数字 计 时器、 橡皮筋 5条、 细线、 回形针、 配重块、 垫高片 5个、 天平 . 1 探究功与速度关系(1 实验装置气垫导轨放在水平面上 , 在滑行器与气垫 导轨一端绑上 细线 , 细线上打一小节 , 以便用回形针把它们钩住 , 拆开回 形 针 (留一 个钩 一端捆在 橡皮筋上 , 另一 钩钩住滑行 器 , 橡 皮 筋另一端用回形针与气垫导

7、轨端部相连 . 所用 的橡皮筋要求 长度相等 , 粗细均匀 . 在橡皮 筋的自 由长度 附近装 两个光 电 厅 , 记录时间 .(2 原理分析调节气垫导轨呈水平状 态 , 此时滑行 器受 到重力 , 支 持 力与橡皮筋的弹力作用 , 气垫导轨呈水平状态 时重力沿水平 方向无分力 , 重力与支 持力平 衡 , 滑 行器只 受橡皮 筋的弹 力 作用 , 打开气源 , 滑行器在轨道上的运动情况是 :加速度在 减 小的加速运动 , 当橡皮筋恢复原长 , 弹力消失 , 滑行器做匀 速 运动 , 此时速度最大 , 这也是我们要测的速度 . 当在自由长 度 附近处的两光电门所记录时间一样时 , 所测得 速度

8、最准确 . 由于橡皮筋的弹力是变 力 , 所 作的功 是变力 功 , 不 能用公 式 计算功的大小 , 但我们可用相同的橡皮筋不 同根数并联来测 定功与速度关系 , 每次 滑行器 起启位 置相同 , 记录 下不同 根 数时挡光片经过光电门的时间 , 计 算所得速度 .(3 数据记录与 Ex cel 数据处 理 (如表 1.表 1 W t1/ms t 2/ms L / cm /m s -1v 2v 3 0000 165. 665. 630. 4570. 2090. 096 246. 246. 230. 6490. 4220. 274 3383830. 7890. 6230. 492 433. 2

9、33. 230. 9040. 8170. 738 529. 629. 631. 0141. 0271. 041图 1 图 2图 3(4 结果分析从图 1、 图 2、 图 3,我们 不 难 发 现 , W -v与 W -v 3呈 非线 性 关系 , W -v 2呈 线 性 关系 , 所 以 W 与 v 2成 正比 , 即 W %v 2.2 探究功与质量关系保持气垫导轨 呈水平状态 , 改变滑行器的 重量 , 在弹 力不变的 情况下 测出每 次 档光片经过光电门 的时 间 , 记录 数据 , 并 进行 Excel 数据 处 理 .4. 电脑数 据记录表格 中的高度 一栏内第 1个数据改 为 A 、

10、 B 间的高度如 0. 12, 鼠标点击 开始记录 , 让摆锤从 A 点 由静止开始摆动 , 系 统便 会自动 记录 摆锤 过 B 点的 速度 并 记入数据表中 .5. 鼠标 点击 数据计算 ! , 第 1次的实验数据都计算并 记 录在数据表的第 1列中 . 如图 3所示 .6. 改变高度重复实验几次 , 记录、 计算在数据表中 , 最 后 将全部数据综合、 分析 , 得出结论 .实验注意事项 :1. 每次实验的摆锤下摆的起始高度应一致 , 摆线应拉直 后释放 .2. 在实验前应先调试朗威 DISL ab5. 0实验设备 , 测几个 数据 , 使光电门处于稳定工作状态 . 然后进行正式实验 .