用氣墊滑軌驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定理用氣墊滑軌驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定理（江蘇學(xué)院附屬高中湖北宜昌２２６００１）（收稿日期：２０１４０２２０）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定理是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)都是借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)驗(yàn)證物體做自由落體時(shí)機(jī)械能守恒．隨著技術(shù)手段的更新，也有借助朗威ＤＩＳＬａｂ傳感來(lái)驗(yàn)證擺球的機(jī)械能守恒，療效比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式要好得多，但你們都把眼神集中在對(duì)單個(gè)物體（忽視月球）的機(jī)械能守恒的驗(yàn)證上．而在實(shí)際教學(xué)中我們常常會(huì)發(fā)覺，中學(xué)生對(duì)于單個(gè)物體（忽視月球）的機(jī)械能守恒把握得比較好，對(duì)于多個(gè)物體（系統(tǒng)）的機(jī)械能守恒常常容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，容易遺漏系統(tǒng)個(gè)別部份的動(dòng)能或勢(shì)想像，難以發(fā)覺錯(cuò)誤所在．因而，筆者考慮設(shè)計(jì)了借助氣墊滑軌和光電門驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定理的實(shí)驗(yàn)．以下是借助氣墊滑軌和光電門進(jìn)行系統(tǒng)機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，采用的器材有氣墊滑軌、光電門、數(shù)字計(jì)時(shí)器、墊高片、天平．１氣墊滑軌調(diào)節(jié)水平實(shí)驗(yàn)中首先須要進(jìn)行氣墊滑軌的水平調(diào)節(jié)．將氣墊滑軌放置在水平桌面上，安裝好光電門，讓兩個(gè)光電門的距離相距４０ｃｍ，此距離即為后續(xù)估算中鉤碼下落的距離．打開氣源，輕推滑塊，假如滑塊通過(guò)兩個(gè)光電門的時(shí)間相同，則氣墊滑軌水平調(diào)節(jié)完成，在實(shí)際操作中，假如通過(guò)兩個(gè)光電門的時(shí)間相差大于５％，就可以覺得水平調(diào)節(jié)完成．２驗(yàn)驗(yàn)證水平調(diào)節(jié)完成后，用５ｇ的鉤碼帶動(dòng)滑塊，通過(guò)兩個(gè)光電門后，數(shù)字計(jì)時(shí)器顯示出滑塊經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門的速率，輸入Ｅｘｃｅｌ進(jìn)行估算，結(jié)果如表１所示．８０ｍ／ｓ２滑塊降低的動(dòng)能滑塊和鉤碼降低的總動(dòng)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(guò)細(xì)線帶動(dòng)滑塊（ｍ）運(yùn)動(dòng)的模型，中學(xué)生在列舉機(jī)械能守恒表達(dá)式時(shí)常常會(huì)遺漏鉤碼的動(dòng)能，列舉這樣的表達(dá)式ｍ０ｇｍｖ，而中學(xué)生對(duì)于實(shí)際模型的接觸２極少，平常對(duì)模型的認(rèn)識(shí)都來(lái)始于紙面，常常陡然數(shù)據(jù)記錄鉤碼ｍ０／ｋｇ滑塊ｍ／ｋｇ經(jīng)光電門１的經(jīng)光電門２的鉤碼降低的ｈ／ｍ０．４勢(shì)能ｍ０ｇｈ／Ｊ０．０１９６速率ｖ１／（ｍｓ－１）速率ｖ２／（ｍｓ－１）０．３２７０．５５４０．００５０．１７８９３從結(jié)果可以發(fā)覺，不記入鉤碼的動(dòng)能，偏差在８．７％左右，假如記入鉤碼的動(dòng)能，則偏差在６．１％，符合實(shí)驗(yàn)要求．３問題討論但對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)，僅從直觀的數(shù)據(jù)看，有中學(xué)生覺得這個(gè)鉤碼的動(dòng)能不計(jì)，也基本能證明守恒，數(shù)據(jù)的差值可能還是阻力的影響．此時(shí)，也可能會(huì)有中學(xué)生提出，在探究加速度與力和質(zhì)量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，假如滑塊的質(zhì)量遠(yuǎn)小于鉤碼的質(zhì)量，可以近似覺得鉤碼的重力就是繩子上的拉力，這么，這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，鉤碼的動(dòng)能是否可以忽視呢？湖南省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃普教立項(xiàng)“新課程中學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新”，項(xiàng)目編號(hào)：３８７—８５—再次驗(yàn)證換用５０ｇ的鉤碼，再度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)如表２所實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)鉤碼ｍ０／ｋｇ０．０５滑塊ｍ／ｋｇ０．１７８９３經(jīng)光電門１的經(jīng)光電門２的鉤碼降低的ｈ／ｍ０．４勢(shì)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(shù)據(jù)可以看出，倘若不記入鉤碼的動(dòng)能，則估算的誤差為２４％，正確算法的結(jié)果偏差為２．７％，符合實(shí)驗(yàn)要求．從這兒可以讓中學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)機(jī)械能守恒不能缺乏鉤碼的動(dòng)能．５拓展研究在上面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步把氣墊滑軌的一端墊高（墊高１５ｍｍ），這樣滑塊滑行時(shí)重力勢(shì)能也會(huì)減少，而這部份勢(shì)能常常也是中學(xué)生容易遺漏的，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表３所示．可以發(fā)覺物理實(shí)驗(yàn)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼，假若不記入滑塊降低的勢(shì)能，誤差為４３％物理實(shí)驗(yàn)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼，正確的結(jié)果偏差為４．５％．這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步讓中學(xué)生發(fā)覺自己對(duì)系統(tǒng)機(jī)械能守恒認(rèn)識(shí)上的問題，進(jìn)而讓中學(xué)生才能正確地認(rèn)識(shí)系統(tǒng)機(jī)械能守恒的相關(guān)模型．８０ｍ／ｓ２鉤碼和滑塊降低的總勢(shì)能／Ｊ０．０５８９６滑塊和鉤碼降低的總動(dòng)能２（ｍ＋ｍ０）（ｖ２２－ｖ１）／Ｊ２０．０５６２９實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)鉤碼ｍ０／ｋｇ０．０１滑塊ｍ／ｋｇ０．１７８９３經(jīng)光電門１的經(jīng)光電門２的鉤碼降低的ｈ／ｍ０．４勢(shì)能ｍ０ｇｈ／Ｊ０．０３９２速率ｖ１／（ｍｓ－１）速率ｖ２／（ｍｓ－１）０．５７９０．９６５結(jié)語(yǔ)Ｅｘｃｅｌ進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)際教學(xué)中無(wú)需另客場(chǎng)間，利（上接第８４頁(yè)）從實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜆?gòu)建、時(shí)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(jìn)與誤本實(shí)驗(yàn)借助的是實(shí)驗(yàn)室的基本儀器，采用用正常教學(xué)時(shí)間，中學(xué)生就可以直觀地發(fā)覺自己的問題所在，糾正錯(cuò)誤．這樣既讓中學(xué)生在有限的時(shí)間里動(dòng)手動(dòng)腦，又推動(dòng)了對(duì)書本知識(shí)的鞏固、掌握．差剖析等有利于增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)精度所采取的相關(guān)舉措，都須要班主任對(duì)該實(shí)驗(yàn)深入挖掘和探究，有利于培養(yǎng)中學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)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(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定理作者：作者單位：刊名：中文刊名：年，卷(期)：南京學(xué)院附屬學(xué)校南通啟東化學(xué)通報(bào)(10)引用本文格式：沈軍用氣墊滑軌驗(yàn)證系統(tǒng)機(jī)械能守恒定理[刊物論文]-化學(xué)通報(bào)2019(10)
