用气垫滑轨验证系统机械能守恒定理用气垫滑轨验证系统机械能守恒定理（江苏学院附属高中湖北宜昌２２６００１）（收稿日期：２０１４０２２０）验证机械能守恒定理是中学化学实验中的一个重点内容，传统的实验都是借助打点计时器来验证物体做自由落体时机械能守恒．随着技术手段的更新，也有借助朗威ＤＩＳＬａｂ传感来验证摆球的机械能守恒，疗效比传统的实验方式要好得多，但你们都把眼神集中在对单个物体（忽视月球）的机械能守恒的验证上．而在实际教学中我们常常会发觉，中学生对于单个物体（忽视月球）的机械能守恒把握得比较好，对于多个物体（系统）的机械能守恒常常容易出现错误，容易遗漏系统个别部份的动能或势想像，难以发觉错误所在．因而，笔者考虑设计了借助气垫滑轨和光电门验证系统机械能守恒定理的实验．以下是借助气垫滑轨和光电门进行系统机械能守恒实验的过程，采用的器材有气垫滑轨、光电门、数字计时器、垫高片、天平．１气垫滑轨调节水平实验中首先须要进行气垫滑轨的水平调节．将气垫滑轨放置在水平桌面上，安装好光电门，让两个光电门的距离相距４０ｃｍ，此距离即为后续估算中钩码下落的距离．打开气源，轻推滑块，假如滑块通过两个光电门的时间相同，则气垫滑轨水平调节完成，在实际操作中，假如通过两个光电门的时间相差大于５％，就可以觉得水平调节完成．２验验证水平调节完成后，用５ｇ的钩码带动滑块，通过两个光电门后，数字计时器显示出滑块经过两个光电门的速率，输入Ｅｘｃｅｌ进行估算，结果如表１所示．８０ｍ／ｓ２滑块降低的动能滑块和钩码降低的总动能２２－ｖ１）／Ｊｍ（ｖ２０．０１８３９能．如图１所示，光滑的水平桌面上，钩码（ｍ０）通过细线带动滑块（ｍ）运动的模型，中学生在列举机械能守恒表达式时常常会遗漏钩码的动能，列举这样的表达式ｍ０ｇｍｖ，而中学生对于实际模型的接触２极少，平常对模型的认识都来始于纸面，常常陡然数据记录钩码ｍ０／ｋｇ滑块ｍ／ｋｇ经光电门１的经光电门２的钩码降低的ｈ／ｍ０．４势能ｍ０ｇｈ／Ｊ０．０１９６速率ｖ１／（ｍｓ－１）速率ｖ２／（ｍｓ－１）０．３２７０．５５４０．００５０．１７８９３从结果可以发觉，不记入钩码的动能，偏差在８．７％左右，假如记入钩码的动能，则偏差在６．１％，符合实验要求．３问题讨论但对于中学生来说，仅从直观的数据看，有中学生觉得这个钩码的动能不计，也基本能证明守恒，数据的差值可能还是阻力的影响．此时，也可能会有中学生提出，在探究加速度与力和质量关系的实验中，假如滑块的质量远小于钩码的质量，可以近似觉得钩码的重力就是绳子上的拉力，这么，这个实验中，钩码的动能是否可以忽视呢？湖南省教育科学“十二五”规划普教立项“新课程中学数学实验的改进与创新”，项目编号：３８７—８５—再次验证换用５０ｇ的钩码，再度进行实验，数据如表２所实验数据钩码ｍ０／ｋｇ０．０５滑块ｍ／ｋｇ０．１７８９３经光电门１的经光电门２的钩码降低的ｈ／ｍ０．４势能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从这组数据可以看出，倘若不记入钩码的动能，则估算的误差为２４％，正确算法的结果偏差为２．７％，符合实验要求．从这儿可以让中学生清楚地认识到系统机械能守恒不能缺乏钩码的动能．５拓展研究在上面实验的基础上，可以进一步把气垫滑轨的一端垫高（垫高１５ｍｍ），这样滑块滑行时重力势能也会减少，而这部份势能常常也是中学生容易遗漏的，实验数据如表３所示．可以发觉物理实验小车质量远大于钩码，假若不记入滑块降低的势能，误差为４３％物理实验小车质量远大于钩码，正确的结果偏差为４．５％．这个实验进一步让中学生发觉自己对系统机械能守恒认识上的问题，进而让中学生才能正确地认识系统机械能守恒的相关模型．８０ｍ／ｓ２钩码和滑块降低的总势能／Ｊ０．０５８９６滑块和钩码降低的总动能２（ｍ＋ｍ０）（ｖ２２－ｖ１）／Ｊ２０．０５６２９实验数据钩码ｍ０／ｋｇ０．０１滑块ｍ／ｋｇ０．１７８９３经光电门１的经光电门２的钩码降低的ｈ／ｍ０．４势能ｍ０ｇｈ／Ｊ０．０３９２速率ｖ１／（ｍｓ－１）速率ｖ２／（ｍｓ－１）０．５７９０．９６５结语Ｅｘｃｅｌ进行数据处理，实际教学中无需另客场间，利（上接第８４页）从实验模型构建、时间与加速度修正、Ｅｘｃｅｌ画图与拟合直线的前后推、斜率的修正，以及仪器改进与误本实验借助的是实验室的基本仪器，采用用正常教学时间，中学生就可以直观地发觉自己的问题所在，纠正错误．这样既让中学生在有限的时间里动手动脑，又推动了对书本知识的巩固、掌握．差剖析等有利于增强实验检测精度所采取的相关举措，都须要班主任对该实验深入挖掘和探究，有利于培养中学生创新思维和创造力．ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎａｎｄＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｎＲａｉｓｉｎｇｔｈｅＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＡｃｃｕｒａｃｙｏｆＮｅｗｔｏｎＳｅｃｏｎｄＬａｗ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｔｙ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ３１００１５）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｔｈｅｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆＮｅｗｔｏｎ＇ｓｓｅｃｏｎｄｌａｗ，ＴｈｅｔｅａｃｈｅｒｓｈｏｕｌｄｂｅｎｏｔｏｎｌｙｔｏｔｅａｃｈｓｔｕｄｅｎｔｓｈａｎｄｓＣａｉＹｉｑｉａｎｇＺｈａｎｇＲｕｉｂｏｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｂｕｔａｌｓｏｔｏｔｅａｃｈｔｈｅｓｔｕｄｅｎｔｓｐｈｙｓｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｈｉｎｋ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｓｉｇｎ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｎｅｗｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｋｎｏｗｌｅｄｇｅｐｏｉｎｔ，ｓｏａｓｔｏｃｕｌｔｉｖａｔｅｓｔｕｄｅｎｔｓｃｒｅａｔｉｖｅｔｈｉｎｋｉｎｇａｎｄｃｒｅａｔｉｖｉｔｙ．ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｔｈｉｎｋｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｅａｕｔｈｏｒｔｏｗｒｏｔｅｔｈｅｐａｐｅｒｗｅｒｅｔｏｅｘｃａｖａｔｅｉｎｔｅｎｄｅｄｔｈｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｎｅｗｔｏｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｌａｗｓ；ｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅ；ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔａｍｏｄｅｌ；ｅｒｒｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；ａｃｒｅａｔｉｖｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｐｏｉｎｔ；—８６—用气垫滑轨验证系统机械能守恒定理作者：作者单位：刊名：中文刊名：年，卷(期)：南京学院附属学校南通启东化学通报(10)引用本文格式：沈军用气垫滑轨验证系统机械能守恒定理[刊物论文]-化学通报2019(10)
