用氣墊滑軌驗證系統機械能守恒定理用氣墊滑軌驗證系統機械能守恒定理（江蘇學院附屬高中湖北宜昌２２６００１）（收稿日期：２０１４０２２０）驗證機械能守恒定理是中學化學實驗中的一個重點內容，傳統的實驗都是借助打點計時器來驗證物體做自由落體時機械能守恒．隨著技術手段的更新，也有借助朗威ＤＩＳＬａｂ傳感來驗證擺球的機械能守恒，療效比傳統的實驗方式要好得多，但你們都把眼神集中在對單個物體（忽視月球）的機械能守恒的驗證上．而在實際教學中我們常常會發覺，中學生對于單個物體（忽視月球）的機械能守恒把握得比較好，對于多個物體（系統）的機械能守恒常常容易出現錯誤，容易遺漏系統個別部份的動能或勢想像，難以發覺錯誤所在．因而，筆者考慮設計了借助氣墊滑軌和光電門驗證系統機械能守恒定理的實驗．以下是借助氣墊滑軌和光電門進行系統機械能守恒實驗的過程，采用的器材有氣墊滑軌、光電門、數字計時器、墊高片、天平．１氣墊滑軌調節水平實驗中首先須要進行氣墊滑軌的水平調節．將氣墊滑軌放置在水平桌面上，安裝好光電門，讓兩個光電門的距離相距４０ｃｍ，此距離即為后續估算中鉤碼下落的距離．打開氣源，輕推滑塊，假如滑塊通過兩個光電門的時間相同，則氣墊滑軌水平調節完成，在實際操作中，假如通過兩個光電門的時間相差大于５％，就可以覺得水平調節完成．２驗驗證水平調節完成后，用５ｇ的鉤碼帶動滑塊，通過兩個光電門后，數字計時器顯示出滑塊經過兩個光電門的速率，輸入Ｅｘｃｅｌ進行估算，結果如表１所示．８０ｍ／ｓ２滑塊降低的動能滑塊和鉤碼降低的總動能２２－ｖ１）／Ｊｍ（ｖ２０．０１８３９能．如圖１所示，光滑的水平桌面上，鉤碼（ｍ０）通過細線帶動滑塊（ｍ）運動的模型，中學生在列舉機械能守恒表達式時常常會遺漏鉤碼的動能，列舉這樣的表達式ｍ０ｇｍｖ，而中學生對于實際模型的接觸２極少，平常對模型的認識都來始于紙面，常常陡然數據記錄鉤碼ｍ０／ｋｇ滑塊ｍ／ｋｇ經光電門１的經光電門２的鉤碼降低的ｈ／ｍ０．４勢能ｍ０ｇｈ／Ｊ０．０１９６速率ｖ１／（ｍｓ－１）速率ｖ２／（ｍｓ－１）０．３２７０．５５４０．００５０．１７８９３從結果可以發覺，不記入鉤碼的動能，偏差在８．７％左右，假如記入鉤碼的動能，則偏差在６．１％，符合實驗要求．３問題討論但對于中學生來說，僅從直觀的數據看，有中學生覺得這個鉤碼的動能不計，也基本能證明守恒，數據的差值可能還是阻力的影響．此時，也可能會有中學生提出，在探究加速度與力和質量關系的實驗中，假如滑塊的質量遠小于鉤碼的質量，可以近似覺得鉤碼的重力就是繩子上的拉力，這么，這個實驗中，鉤碼的動能是否可以忽視呢？湖南省教育科學“十二五”規劃普教立項“新課程中學數學實驗的改進與創新”，項目編號：３８７—８５—再次驗證換用５０ｇ的鉤碼，再度進行實驗，數據如表２所實驗數據鉤碼ｍ０／ｋｇ０．０５滑塊ｍ／ｋｇ０．１７８９３經光電門１的經光電門２的鉤碼降低的ｈ／ｍ０．４勢能ｍ０ｇｈ／Ｊ０．１９６ｍ（ｖ２２－ｖ１）／Ｊ２０．１４９１８０ｍ／ｓ２（ｍ＋ｍ０）（ｖ２２－ｖ１）／Ｊ２０．１９０７速率ｖ１／（ｍｓ－１）速率ｖ２／（ｍｓ－１）０．８７６１．５６從這組數據可以看出，倘若不記入鉤碼的動能，則估算的誤差為２４％，正確算法的結果偏差為２．７％，符合實驗要求．從這兒可以讓中學生清楚地認識到系統機械能守恒不能缺乏鉤碼的動能．５拓展研究在上面實驗的基礎上，可以進一步把氣墊滑軌的一端墊高（墊高１５ｍｍ），這樣滑塊滑行時重力勢能也會減少，而這部份勢能常常也是中學生容易遺漏的，實驗數據如表３所示．可以發覺物理實驗小車質量遠大于鉤碼，假若不記入滑塊降低的勢能，誤差為４３％物理實驗小車質量遠大于鉤碼，正確的結果偏差為４．５％．這個實驗進一步讓中學生發覺自己對系統機械能守恒認識上的問題，進而讓中學生才能正確地認識系統機械能守恒的相關模型．８０ｍ／ｓ２鉤碼和滑塊降低的總勢能／Ｊ０．０５８９６滑塊和鉤碼降低的總動能２（ｍ＋ｍ０）（ｖ２２－ｖ１）／Ｊ２０．０５６２９實驗數據鉤碼ｍ０／ｋｇ０．０１滑塊ｍ／ｋｇ０．１７８９３經光電門１的經光電門２的鉤碼降低的ｈ／ｍ０．４勢能ｍ０ｇｈ／Ｊ０．０３９２速率ｖ１／（ｍｓ－１）速率ｖ２／（ｍｓ－１）０．５７９０．９６５結語Ｅｘｃｅｌ進行數據處理，實際教學中無需另客場間，利（上接第８４頁）從實驗模型構建、時間與加速度修正、Ｅｘｃｅｌ畫圖與擬合直線的前后推、斜率的修正，以及儀器改進與誤本實驗借助的是實驗室的基本儀器，采用用正常教學時間，中學生就可以直觀地發覺自己的問題所在，糾正錯誤．這樣既讓中學生在有限的時間里動手動腦，又推動了對書本知識的鞏固、掌握．差剖析等有利于增強實驗檢測精度所采取的相關舉措，都須要班主任對該實驗深入挖掘和探究，有利于培養中學生創新思維和創造力．ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎａｎｄＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎＲａｉｓｉｎｇｔｈｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＡｃｃｕｒａｃｙｏｆＮｅｗｔｏｎＳｅｃｏｎｄＬａｗ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｔｙ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１００１５）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｔｈｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆＮｅｗｔｏｎ＇ｓｓｅｃｏｎｄｌａｗ，ＴｈｅｔｅａｃｈｅｒｓｈｏｕｌｄｂｅｎｏｔｏｎｌｙｔｏｔｅａｃｈｓｔｕｄｅｎｔｓｈａｎｄｓＣａｉＹｉｑｉａｎｇＺｈａｎｇＲｕｉｂｏｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｂｕｔａｌｓｏｔｏｔｅａｃｈｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓｐｈｙｓｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｈｉｎｋ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｎｅｗｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｋｎｏｗｌｅｄｇｅｐｏｉｎｔ，ｓｏａｓｔｏｃｕｌｔｉｖａｔｅｓｔｕｄｅｎｔｓｃｒｅａｔｉｖｅｔｈｉｎｋｉｎｇａｎｄｃｒｅａｔｉｖｉｔｙ．ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｔｈｉｎｋｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｅａｕｔｈｏｒｔｏｗｒｏｔｅｔｈｅｐａｐｅｒｗｅｒｅｔｏｅｘｃａｖａｔｅｉｎｔｅｎｄｅｄｔｈｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｅｗｔｏｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｌａｗｓ；ｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅ；ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔａｍｏｄｅｌ；ｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ａｃｒｅａｔｉｖｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｐｏｉｎｔ；—８６—用氣墊滑軌驗證系統機械能守恒定理作者：作者單位：刊名：中文刊名：年，卷(期)：南京學院附屬學校南通啟東化學通報(10)引用本文格式：沈軍用氣墊滑軌驗證系統機械能守恒定理[刊物論文]-化學通報2019(10)
