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  • [浅谈验证机械能守恒定律的两种方法]怎样验证机械能守恒定律

    时间:2019-09-10 10:09:16 来源:蒲公英阅读网 本文已影响 蒲公英阅读网手机站

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    验证机械能守恒定律是高中物理必修二第七章的第9节内容,如果物体系统内只有重力或弹力做功,物体的动能和势能可以相互转化,但总的机械能保持不变,叫做机械能守恒定律。而物体的动能和势能的代数和,就是物体系统的机械能。若要验证物体系统的机械能是否守恒,必须在满足守恒条件的前提下,比较动能和势能的相互转化关系或动能、势能的代数和。

      一、验证机械能守恒的实验方案

      方法一:落体法。实验仪器有铁架台,打点计时器,重锤,纸袋。

      在平时的实验教学中,我们一般利用落体法来验证机械能守恒定律,方法简单易行。所用方法如图1所示,打出的纸带上某两点之间的距离就表示重物下落的高度h,重物重力势能的减少△Ep=mgh下落过程中初、末位置的瞬时速度v1、v2可由打出的纸带求出,动能的增加量为 方法二:摆球法。实验仪器有朗威DISLab数据采集器,光电门传感器,DISLab机械能守恒实验器,铁架台,计算机。DISLab具体的操作方法如下:

      1.架设好DISLab机械能守恒实验器。如图2所示,将光电门传感器接入数据采集器。

      2.将小摆球用磁铁夹吸住,固定在A点上方5~10cm处。

      3.移动光电门传感器固定臂,使用测平器观察并调整光电门的透光孔正好在A点。

      4.测量DISLab机械能守恒实验器摆锤的直径及其质量,将数据输入软件窗口下方的表格。

      5.将磁铁夹固定在DISLab机械能守恒实验器的A点,依次将光电门固定在B、C、D点。

      6.打开通用软件中的“计算表格”,点击“自动记录”中的“开始”,释放摆球,当摆球通过光电门传感器后,阻止摆球回摆,摆本文由论文联盟http://www.LWlM.cOM收集整理球通过光电门传感器的速度就显示在表格中。

      7.变更光电门的位置,得出光电门传感器在B、C、D三点时的数据。

      8.点击“数据计算”,得到摆球通过B、C、D各点时的动能、势能和机械能(如图3)。

      9.由结果可见,摆球在4个点的机械能变化范围几乎很小,在误差范围内,可得出结论,在只有重力做功的情况下,机械能守恒,从而验证了机械能守恒定律。

      二、DISLab实验与传统实验的对比

      1.DISLab实验(摆球法)所占的优势有:

      (1)从课堂效果来看,数字化实验耗时短,节省了大量的时间。

      (2)从学生的角度上讲,DISLab实验有利于提高学生的实验素质和信息素养,通过实验可以在学生的脑海中形成直观、深刻的印象,将学生思维空间的抽象信号比较准确地展现在电脑屏幕上,可以从电脑显示器上直接看到摆锤的瞬时速率,形象直观。

      (3)从教学方式方面上讲,教师可借助DISLab实验改变教学方式,激发学生兴趣。DISLab实验的实时性和直观性,让学生几乎可同时观察到实验结果,使学生体验到科学实验的真正情景,学生会异常兴奋,并感受到高科技时代的气息,增强探究科学问题的好奇心和动力。

      (4)从培养学生各方面能力上讲,DISLab实验侧重于培养学生的实验探究能力,因为在DISLab实验中,基本的仪器就是某些固定的传感器、数据采集器、相应的软件和计算机,有利于学生掌握利用现代化信息技术,可以帮助学生提高学习兴趣,拓展学生的知识层面。

      2.DISLab实验与传统实验相比,在某些方面也具有弊端:

      (1)从学生的角度来讲,由于学习者本身的差异性,并不是每个学习者对DISLab实验的适应程度都相同。因为DISLab实验涉及综合性、技术性的知识较多,如非电学量的转换、信号的放大、信号的采集、模拟信号与数字信号之间的转换、软件的编制等,许多内容学生都比较生疏,容易分散学生的注意力。

      (2)从DISLab实验自身来讲,数字化实验自动化程度较高,易使学生忽视实验的物理意义,而单纯地关注采集、处理实验数据。

      (3)从数据处理方面来讲,由于DISLab实验的数据处理及其作图全部由计算机来完成,虽然简易、快捷,但是却不能训练学生处理纸带数据的能力、数学运算能力、作图能力。而这些能力恰恰是学生必须要具备的能力,在期中、期末考试,以及两年后的高考中,都要考查学生这些能力。

      3.传统实验(落体法)也有它的优势:

      传统实验重视培养学生正确的选择仪器和使用仪器的能力,侧重于培养学生细致、认真、耐心的观察习惯;从处理数据上来看,传统实验可以充分培养学生的计算能力、作图能力及利用数学知识解决物理问题的能力,而这些能力恰好是学生必须具备的能力。

      4.传统实验(落体法)存在以下不足:

      (1)由于电磁打点计时器与纸带之间存在摩擦,影响实验的精度。

      (2)提纸带时手的抖动不能保证重锤在速度为零时开始计时。

      (3)纸带上的点存在拖痕并且较粗,影响处理精度。

      (4)如果在课堂教学中作为演示实验来处理的话,耗时长,并且实验误差大,勉强得出结论,学生不信服。

      三、总结

      从上面的两个实验来看,DISLab实验实现了信息技术和中学物理实验教学整合,可以充分挖掘学生的潜能,增强学生的自信心,提高学生对物理的学习兴趣,用于课堂演示实验效果非常好.但是也存在一定的弊端。

      总而言之,DISLab实验与传统实验各有优势,当然也各有弊端。高中物理DISLab实验完全取代物理传统实验手段并不是可取的好方法,教师应根据教学实验内容的实际将两者有机地结合起来,在教学中取长补短,这才是一种理想的教学方式。只有将高中物理实验与传统物理实验配合使用,才能充分发挥各自的优势,以达到实验过程的优化处理,帮助学生成功完成实验,并能在实验过程中掌握到应有的知识,学到相应的技能,培养相应的能力。

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