机械能守恒演示器的设计与自制dhii.docx

机械能守守恒演示示器的设设计与自自制刘万强 王中中院松滋市第第一中学学，湖北 荆州州 44342200图1金属横杆刀片摆球铁架台机械能守守恒定律律是中学学物理教教学中的的一个重重点、热热点和难难点。现现有的各各种版本本的高中中物理教教材，几几乎都是是使用打打点计时时器研究究自由落落体运动动来验证证机械能能守恒，从从熟练使使用打点点计时器器和掌握握纸带的的处理方方法来看看是有必必要的，就就机械能能守恒的的模型来来说，选选择自由由落体运运动过于于简单，学学生们都都很清楚楚：阻力力很小时时的自由由落体运运动，其其加速度度约9.80mm/s2，机械械能自然然是守恒恒的，验验证没有有必要。能能否设计计一个模模型简单单、制作作简便、操操作容易易、测量量准确的的仪器呢呢？经过过多次研研究，对对该实验验进行了了设计改改进，在在实际教教学中取取得了很很好的效效果。一、 实验设计计（一）1.装置置介绍与与原理说说明如图1所所示，用用长约550cmm的细线线栓住钢钢球做成成摆，摆摆线的另另一端固固定在铁铁架台的的横杆上上，在悬悬点的正正下方放放一剃胡胡须刀片片，刀片片平面取取水平方方向，刀刀刃与摆摆线的运运动方向向斜交而而不垂直直，如图图2中的的俯视图图，这样样可以迅迅速把线线剪断。仔仔细调整整刀刃的的位置，使使之恰好好能在球球摆到最最低点时时把线剪剪断，割割断处尽尽量靠近近小图2球。在水水平地面面上放一一张白纸纸，上面面再放一一张复写写纸。2.实验验操作与与数据分分析如图2，实实验时，将将摆球偏偏离平衡衡位置BB，测出出小球在在A处相对对B点的的高度hh1。释放放摆球，当当摆球经经过平衡衡位置时，摆线线被割断断，小球球立即做做平抛运运动，落落地后在在白纸和和复写纸上上打下落落点的痕痕迹，测测出水平平射程ss和抛出出点离地地面的高度度h2。根据平抛抛运动的的规律可可知，小小球在BB点时的的速度vvB=s/t=。摆球球在A点点相对BB点的重重力势能能EPAA=mggh1，在BB点的动动能EKKB=mmv2/2=mgss2/4hh2。比较较EPAA和EKBB，从而而得出在在误差允允许的范范围内机机械能守守恒的结结论。将小球从从A/处再次次释放，重重做上面面实验。3.存在在的问题题该实验每每做一次次，悬线线被切断断，第二二次做必必须重新新安装小小球，重重新调整整，相当当麻烦。如如果一次次实验中中因某一一原因引引起的较较大误差差，就不不能得到到正常的的结论，不不利于多多次重复复实验取取平均来来减小误误差。这这种随时时组装的的简易仪仪器，需需要实验验时四处处找所需需的小组组件（刀刀片、夹夹子等），也也不便于于搬运和和保管。能能否制成成成品仪仪器多次次实验多多班使用用？我们们做了如如下设计计改进。二、实验验设计（二二）1.装置置介绍与与原理说说明如图3，制制作一高高度约为为80ccm，由由底座、顶顶板和两两立柱构构成的木木质支架架，两立立柱（宽宽2cmm）相距距12ccm。一一厚度为为2cmm、宽为为5cmm、长为为16ccm的木木板，用用四根等等长（长长约400cm）的的细线悬悬挂在顶顶板上。在在木板上上面左边边缘的正正中央放放一钢球球（如图图4），钢钢球正下下方挖一一圆孔，刚刚好放置置一电磁磁吸球器器，使电电磁吸球球器的上上表面恰恰好与木木板上表表面相平平，木板板下面安安装固定定一电池池盒（对对电磁吸吸球器供供电），在在木板的的左侧面面两端各各距离两两边1ccm处安安装一按按压式开开关（只只与其中中一个开开关构成成电路，另另一个空空着不接接）。在在落球平平板上铺铺放白纸纸和复图4开关电磁吸球器木板写写纸。图3顶板落球平板立柱细线木板钢球白纸复写纸钩子小圆环横杆立柱图5HhxFGI2.实验验操作与与数据分分析如图5,接通电电源,把把直径为为2cmm的钢球球放在电电磁吸球球器上。将将木板拉拉至一定定高度后后，调整整横杆上上的细线线，让钩钩子钩住住木板在在F处静静止。然然后把木木板从FF处由静静止释放放，钢球球随木板板一起做做圆周运运动。当当木板运运动到最最低位置置G时，与与两立柱柱相碰，同同时开关关被按压压，电源源断开，钢钢球由于于惯性立立即做平平抛运动动，落在在白纸和和复写纸纸上打下下落点的的痕迹。测出图55中的HH、h、xx，根据据平抛运运动的规规律可知知，钢球球在G点点时的速速度vGG=x/tt=x。设设由木板板、钢球球、电磁磁吸球器器和电池池盒等组组成的摆摆的总质质量为MM，它们们在F点点相对GG点的重重力势能能EPFF=Mggh，在在G点的的动能EEKG=MMv2/2=Mgxx2/4HH。比较较EPFF和EKGG，从而而得出在在误差允允许的范范围内机机械能守守恒的结结论。实验中为为了减小小实验误误差，可可以把木木板拉到到同一位位置下落落8至110次，用用尽可能能小圆把把所有的的落点圈圈在里面面，圆心心就是小小球的平平均落点点。为了了确保小小球每次次从同一一高度的的某位置置释放，每每次释放放前将木木板用悬悬挂在横横杆上的的钩子钩钩住，矫矫正出发发点的位位置，同同时也便便于高度度h的测测量。3.实验验装置的的优点制作简便便，选材材容易，使使用灵活活，操作作简捷，测测量简单单，现象象明显，误误差较小小，教学学效果好好。通讯地址址：湖北北省松滋滋市第一一中学邮政编码码：43342000联系电话话: 113999759981221Emaiil: liuuwq5516m