王聆语

【摘 要】《机械能守恒定律》这一节内容具有承上启下的作用，不仅为后面学习静电场的研究方法打下了基础，同时也是对前面所学知识的重要补充，是对牛顿三定律为核心基础力学所研究的《机械运动》部分的进一步理解和完善。理论学习相对抽象，学生不易理解，为了印证这个定律的科学性，采用气垫导轨设计实验，同学们亲手操作实验步骤，得到了实验数据，处理分析后得到实验结论，可以使同学们对这部分知识点的认识更加深刻，记忆更加牢固。

【关键词】验证;机械能守恒定律

【新课引入】

勇敢者的游戏：用细线将重物悬起，请一位学员靠近，将重物拉至学员鼻子处释放，摆回时，观察重物能否碰到该同学的鼻子;观察重物摆动幅度是否有变化。通过游戏互动，问题引导，激发学员学习的兴趣，引出课题“机械能守恒定律的验证”。

【实验目的】

知识和能力

1、理解实验的设计思路，明确实验中需要测量的物理量。

2、能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析得出实验结论。

过程和方法

通过气垫导轨来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理问题的研究方法。

情感态度和价值观

1、通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣。

2、通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。

3、培養学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。

【实验仪器】

气垫导轨、光电门、滑块、重物、细绳、数字毫秒计、天平

【实验原理】

机械能守恒定律：物体系统在运动过程中，如果只有保守内力（重力或弹力）做功，其它力不做功或做功的代数和为零，那么系统的动能与势能可以相互转化，但其总和保持不变，这个结论简称为机械能守恒定律。

要点：（1）动能和势能相转化（2）只有重力或弹力做功。

【验证方法】

如果两个式子相等，即可验证机械能守恒。

实验装置图：

如图1所示，本实验将在气垫导轨上进行，气垫导轨是一种较为理想的力学实验设备。它利用从导轨表面喷出的压缩空气，在导轨与滑行器之间形成空气薄膜，浮起滑块，使滑块悬浮在导轨表面，从而大大减少了物体运动时的摩擦阻力，为测量创造了比较理想的实验条件。

把滑块放在水平导轨上，滑块和重物由细绳相连挂在滑轮上，由重物、滑块、细绳和滑轮组成的这一系统，其系统所受到的合外力大小等于重物的重力减去阻力，在本实验中阻力可忽略，因此重物的重力就等于作用在系统上合外力的大小。系统的质量M就等于重物的质量、滑块的质量和滑轮的折合质量的总和.

在导轨上相距S的两处放置两光电门，当滑块在重物的作用下开始滑动，滑块上的遮光片依次通过光电门时，即可在数字毫秒计上得到滑块通过两光电门和速度v1和v2。

如图2，遮光片这四条边依次经过光电门，光电门会记录第一条边到第三条边的时间t，而我们能测得这两条边的距离，由于较窄，所以在范围内，滑块的速度变化比较小，故可把平均速度/t，看成是滑块上遮光片经过光电门的瞬时速度。这个计算过程是通过数字毫秒计实现的，数字毫秒计还可以计算加速度，所以我们要把光电门和数字毫秒计相连，功能选择在加速度的档位，我们可以直接在数字毫秒计上读出速度和加速度的大小。

【实验内容与步骤】

采用“调放读测”四步操作，分别是：

1、正确连接实验装置，并调节气垫导轨水平，然后调节好两个光电门之间距离为50cm，接着调节数字毫秒计的功能选项。

2、打开气源，将滑块置于光电门1的外侧，细绳绕过滑轮，释放重物，拉滑块在导轨上运动。

3、当滑块通过两个光电门后，读出系统的速度V1和V2。

4、用天平称出此时重物的质量m和滑块的质量M，将数据填表。

为了减小随机误差，整个实验重复3-5次，将数据填表。

【实验数据记录与处理】

依据实验，采集整理以下信息

根据公式，对实验数据进行计算处理，判断是否能够验证机械能守恒定律。

【总结分析】

1、系统误差：细绳与滑轮的阻力、空气阻力的影响。数据相差较小，在误差允许范围内，符合实验要求，实验验证是成功的。

2、人为失误：在“调放读测”四步出现操作失误。

一调：气垫导轨没有调平，就开始做实验，使得势能变化量过小，产生误差。

二放：细绳长度太长，当重物落地不再提供拉力，滑块减速靠惯性移动到第二个光电门，使得v2小于v1，得出的动能变化量是负值。

三读：在数字毫秒计上读出的速度单位是cm/s，计算时没换算，数值偏差很大。

四测：用天平测量滑块质量后，没有调平，进而测量重物的质量产生了误差。