探討驗證機械能守恒定律實驗的改進

向一

摘 要：探討機械能量守恒定律實驗中的不足，提出切實改進實驗的方法，減少實驗誤差，提高實驗的可操作性，以便學生更好地探討認識機械能守恒定律。

關鍵詞：機械能；守恒定律；實驗改進

驗證機械能守恒定律是高中物理必修課內容之一，課本對該實驗的設計思路、步驟和過程均有考察。表面上看，實驗設計完善精確，但深入分析可以發現，該實驗裝置漏洞多，缺乏科學性和操作性，依據課本無法完成實驗操作。為此，本文對驗證機械能守恒定律實驗改進談談我個人看法和學習心得，提高實驗可操作性和精確性。

一、實驗存在的問題

圖1為教材所示實驗配圖，打點計時器使用燒瓶夾固定，即使使用專用夾子也無法將打點計時器固定于鐵夾上。電磁打點計時器和電火花計時器所受重力分別為2.7 N和2 N，實驗要求電磁打點計時器與燒瓶夾的基礎面上，難以計算燒瓶夾住計時器產生的相對壓力，也難以穩定地固定打點計時器。而由于兩種計時器的結構及功能，計時器只能固定于左下角，該固定位置容易導致燒瓶夾并非夾在離計時器重心位置，使計時器存在轉動力矩，試驗中容易隨振動而向下轉動。改用電火花計時器也無法規避該問題。

二、改進措施

使用鐵夾底座面和燒瓶夾共同固定打點計時器，如圖2所示。將打點計時器豎直放于鐵架臺底座面，連接線柱一側貼近鐵架臺底座面，將鐵架臺立柱垂直夾角降至合適位置，使用燒瓶夾夾住計時器右上角，帶孔一端伸出臺面，將打點計時器底座調節至豎直狀態。此時打點計時器受鐵架臺及燒瓶夾共同作用，可將計時器穩定地固定于底座面。該設計方式不僅可以穩定地固定打點計時器，還確保底座與運動紙帶始終處于同一水平位置，實驗操作也更加靈活方便。另外，試驗中保證紙帶舒展。紙帶通常被卷成圓形，紙帶的摩擦力增大。而電磁打點計時器的工作阻力應低于2.49×10-2 N，紙帶摩擦力遠遠高于打點計時器的工作阻力。而且卷曲的紙帶也容易導致計時器打點，導致跡點不清晰。因此，實驗前應將紙帶捋直，減小摩擦力，使“跡點”更清晰。還應選擇質地軟薄、韌性高的紙帶，提高“跡點”的清晰度。

在物理課程改革背景下，物理實驗安排設計應貼近實際，使實驗儀器結構、性能更加符合學校實際情況，才能更有利于物理實驗教學。否則更容易造成實驗教學混亂，使實驗教學無法發揮作用。

參考文獻：

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[2]劉玉震.“驗證機械能守恒定律”實驗的創新方案賞析[J].中學生數理化：高二高三版，2014（05）：26-27.

編輯 謝尾合