1、.驗證機械能守恒定律的拓展案例江蘇南通市第二中學陳雅在“機械能守恒定律”的新課教學中，教材通過一個單擺的擺動引入動能與勢能是可以相互轉化的，并且通過觀察擺球總是能擺到另一邊等高的位置引出守恒量機械能。然后教材就通過研究物體沿光滑曲面下滑的例子，應用動能定理，在理論上推導出在只有重力做功的物體系統內，動能和勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變的結論。而對于系統內彈力做功的情況，教材只是用“同樣可以證明”一筆帶過。在探究教學中，或是在高三一輪的實驗復習中，如能充分應用教材中的素材，設計一些探究案例，則不僅可以領略理論研究和實驗研究相得益彰相輔相成的妙處，更可以拓寬學生的思維領域，努力實現處處時時

2、探究的理念。 1單擺中機械能守恒的實驗驗證  本案例來源于人教版必修2教材“機械能守恒定律”這一節中引入時所用的例子，本節所用的例題也是這個單擺模型。本實驗裝置可以用鐵夾固定在黑板上邊緣，預先畫出若干條水平線。  11 演示一：單擺從某一位置由靜止釋放，將擺動到另一側等高處。 說明，只要操作中注意不要形成錐擺，本實驗演示效果很直觀很可靠。 12 演示二：測定每一個位置的機械能 由于演示一中只能說明始末兩個位置的機械能是相等的，并不能直觀說明擺動過程中每一個位置的機械能都始終保持不變，即不能說明“守恒”這一特征，所以

3、可以通過測定任何位置的機械能來直觀直接地說明機械能是否不變。以B點為例，實驗中需要測定的是該位置的高度（以最低點O1為零勢能處）和通過該點時的瞬時速度大小。速度可以用光電門和數據采集器測量，光電門的一側用雙面膠貼好后，可直接粘在黑板上相應位置。 13 幾點說明： 在同一次實驗中，要保證砝碼每次都是從同一個起始位置開始運動； 通過實驗發現，要保證實驗效果，光電門擺放時要注意正對圓心即懸點位置，光電門上的小孔要正好放在擺的重心所要經過的路徑上，如圖1所示。   擺錘改用砝碼而不用小球，原因是使用小球時，很難保證小球重心經過光電門的小孔，即

4、擋住光電門小孔的往往是某根弦而非直徑，導致速度測量誤差很大。而砝碼的下半部分是圓柱體，可以保證每次經過光電門時直徑是相同的，從而減少速度測量的誤差。 為進一步減小誤差，在每一個位置記錄時間時，要多次測量取平均值，記錄經過某一位置時的平均時間，砝碼的直徑事先測量好，本實驗所用的100g的砝碼，直徑為00205m。 數據處理 設計如下表的表格： 實驗次數物體直徑d（m）物體通過光電門的時間t（s）速度v（m/s）（J）物體高度h（m）mgh（J）機械能E=+ mgh（J）1（位置1）      2（

5、位置2）               由理論分析可知質量m不需測量，所以在數據計算時直接以單位1代入；重力加速度g取98m/s2；把測量好的時間和高度直接輸入Excel表格中，后面的數據自動生成，可以很直觀地看到機械能的數值在實驗誤差允許范圍內相等。如圖3所示為一次實驗數據：  2彈簧振子機械能守恒的實驗驗證 如圖4所示的裝置中，彈簧連著輕滑塊，滑塊放在氣墊導軌上，給氣墊導軌充氣后，滑塊可以在導軌上無摩擦地運動，可以

6、很直觀地看到，在來回振動的過程中，指示用的箭頭所對準的刻度左右總是相同，可見滑塊運動過程中該振子系統的動能和彈性勢能的總量（即該系統的機械能）是守恒的。  利用該裝置也可以進行定量分析，例如在平衡位置（原長處）左側刻度為“2cm”處放上光電門，把滑塊拉開到刻度為“8cm”處，然后釋放。仿照上例中記錄下滑塊經過光電門的時間t、滑塊的寬度D滑塊離開平衡位置的距離x，代入表達式，此即為滑塊在該位置的機械能。改變x的值，可以得到滑塊不同位置的機械能，從而可以定量地研究振子振動過程中機械能的守恒情況。 3用教材中驗證加速度與外力和質量關系的裝置來驗證機械能守恒 如

7、圖5所示為必修1教材中驗證牛頓第二定律的裝置，利用此裝置也可進行機械能守恒定律的驗證。小車M在重物m的拉動下加速運動，只要驗證系統減少的重力勢能和系統增加的動能是否相等即可。值得注意的是，本實驗中存在小車與木板間的摩擦，和紙帶與打點計時器之間的摩擦以及空氣阻力，平衡摩擦阻力并不能減少實驗誤差。因為即使平衡了摩擦力，摩擦力依然存在，系統機械能必然要損失，所以對實驗結果肯定有影響，所以為了減少誤差，需要盡量減小小車的質量，即要滿足M車<<m重。當然，適當抬高木板一端，可以減小摩擦力，越大，f越小。如果為90°，那么這項阻力就不存在了，所以在教材中驗證機械能守恒定律所用的裝置就

8、是讓重物做落體運動。  4用教材中驗證加速度與外力和質量關系的裝置來驗證動能定理 用上例中的裝置也可進行動能定理的驗證。值得注意的是，驗證動能定理本來不需要平衡摩擦力，有摩擦力做功，動能定理一樣可以成立，但是由于不知道小車與木板間的動摩擦系數，所以摩擦力做功這一項無法表達，因此需要平衡摩擦力。摩擦力平衡好后，對小車和重物組成的系統，做功的只有重物的重力，小車的重力做功和小車所受的摩擦力作的功抵消。所以只要驗證鉤碼重力做的功mghAB，和系統增加的動能是否在實驗誤差允許范圍內一致即可。 正因為物理學是一門以實驗為基礎的學科，在高考中物理學科對物理實驗及實驗能力提出了特別的要求。在物理實驗高三總復習中，我們應該從這些實驗的原理、步驟、數據采集與處理方式上