教育教学论文 《用单摆验证机械能守恒定律》.docVIP

第五届“中国移动校讯通杯”全国教师论文大赛 题目：验证机械能守恒的拓展创新实验 作者： 李流丽 单位： 四川省宜宾市高县中学 电话： 用单摆验证机械能守恒定律 内容提要：源于课本而高于课本，注重求新求变求异，重视创新性的改造与综合性拓展，是近年来高考实验命题的一大趋势。为了适应高考对实验考查的新趋势（新装置验证旧结论），我特意设计了一个用单摆验证机械能守恒定律的创新实验，并对此作了较详细地改进和综合性的拓展。 关键字：拓展创新 摆球平抛 实验改进 对心碰撞。 教科书中采用了“小球自由落体法”的实验验证机械能守恒定律，虽然此实验简单，学生容易接受，但实验装置在实验中有些不妥处，这是因为：①计时器本身的重力以及纸带对计时器的摩擦力均会产生一个使计时器转动的力矩，难以保证重物下落时计时器本身的稳固性，②由于计时器的安装偏高，手提纸带上端时操作困难，一般来说，实验桌高约80cm，铁架台杆约60cm，即便安装在杆高处2/3处，再加纸带的标准长度为82cm,手提纸袋上端时的高度约为80cm+40cm+82cm=202cm,显然此高度会使实验操作困难。 在近几年的高考中，对实验的考察，着重实验的创新和设计，单摆虽然在高考中没有要求，但机械能守恒定律的实验是高考的热点。在部分地方已经出现了用单摆验证机械能守恒定律的考题！结合近几年的高考考点和“落体”实验的不足，我设计了一个用单摆验证机械能守恒定律的实验，针对不同学校的资源条件和高考综合性的要求，对实验已作了进一步的改进和综合性的拓展。 创新实验 实验器材： 铁架台、铁球、电热丝、电源、白纸、复写纸、长约0.5m的细线、重锤线、刻度尺、量角器。 实验装置：　 　　　 ` 实验原理： 让单摆由静止从A点开始下摆，当小球摆至最低处B点时，细线被电热丝烧断，摆球做平抛运动，测得摆球平抛运动的水平位移CM=x与竖直位移BM=h2,可得摆球平抛的初速度；所以摆球摆动到B点的动能,测量出摆球的初位置到其投影点的高度h1,则摆球摆动过程下降的高度△h=h1-h2，由此求出摆球摆动过程中的重力势能的变化量，最后比较动能变化量△EK=EK与重力势能的变化量△Ep在误差允许的范围内是否相等，从而验证摆球下摆过程机械能守恒。 实验步骤： 1.将铁架台放置在水平桌面的边缘上，并在铁架台的竖直杆上适当位置固定一根水平短支架； 2.在铁架台的水平长支架上确定摆线的悬点O点，并在该点竖直方向上固定一个夹子，在悬点正下方的地面上放一张较大的白纸，用重锤线确定悬点O点在白纸上的投影点M； 3.将摆线一端用夹子固定好，另一端与铁球相连，让铁球在竖直方向上处于静止状态，用米尺量出此时铁球球心到投影点M的高度h2，并记下所测数据； 4.调整水平短支架的固定位置及长度，让铁球与水平短支架的A点刚好接触时，固定支架不动； 5.用重锤线确定水平短支架的端点A点在白纸上的投影点N点，用米尺量出AN两点的高度h1(此高度也为铁球球心的初位置到其投影点的高度)，并记下所量的数据。 6.在白纸上放一张复写纸，将铁球再次偏离竖直方向，让铁球与水平短支架的A点刚好接触，同时在悬点O点的正下方p点（小于摆长的位置）水平放置一根炽热的电热丝，静止释放铁球； 7.保持短支架不动，使铁球由静止释放时的初位置不变，重复实验10次； 8.计算铁球由静止释放到铁球摆至最低处B点的高度差△h=h1-h2； 9.将铁球落地点用最小的圆圈起来，读出圆心处的位置C点，并用米尺量出MC两点间的距离x；如图2所示: 10．改变水平短支架的位置和长度，从而改变铁球由静止开始摆动的初位置，重复上述实验4到9的步骤。 数据处理： 1、数据表格 v0=0; h2=0.900m 次数 h1/m x/m 1 1.200 1.037 2.94m 2.420 2.927m 2 1.100 0.848 1.96m 1.979 1.958m 3 1.050 0.735 1.47m 1.715 1.471m 4 1.000 0.600 0.98m 1.400 0.980m 5 0.950 0.422 0.49m 0.985 0.485m 2、数据处理，在方格纸上作△EK-△EP的图像 结论：在图像倾角,即△EK≈△EP；铁球在摆动过程中机