利用DISLab改進(jìn)機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)

吳杰 胡家友

(泗陽縣致遠(yuǎn)中學(xué) 江蘇 泗陽 223700)

1 問題提出

一般探究機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)是使用軌道小車.將軌道的一端墊高，平衡摩擦力使小車從軌道上下滑拖動(dòng)紙帶，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄運(yùn)動(dòng)的情況.再計(jì)算出相應(yīng)的物理量，探究機(jī)械能守恒定律．但這樣的設(shè)計(jì)中摩擦力的平衡不好把握，計(jì)算量也比較大，導(dǎo)致課堂效率低下．如果用氣墊導(dǎo)軌代替軌道小車，可以克服摩擦阻力的問題.應(yīng)用DISLab(數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)合Excel處理數(shù)據(jù)可很快得出結(jié)論，從而節(jié)省時(shí)間提高課堂效率．

2 實(shí)驗(yàn)原理

在氣墊導(dǎo)軌上，可以忽略軌道的摩擦力.將一端墊高，滑塊沿斜面下滑，只有重力對(duì)其做功.測(cè)出滑塊運(yùn)動(dòng)中任意兩位置的瞬時(shí)速度和兩位置的高度差，再進(jìn)行相應(yīng)的比較來研究機(jī)械能是否守恒．

圖1

本實(shí)驗(yàn)中，遮光片的寬度為d=0.02 m，經(jīng)過兩光電門的時(shí)間分別為t1、t2，通過的速度就分別為

取低處光電門為零勢(shì)點(diǎn)，則在兩光電門處滑動(dòng)的機(jī)械能分別為

看二者是否相等即可.

3 實(shí)驗(yàn)器材

DISlab，計(jì)算機(jī)，氣墊導(dǎo)軌及附件．

4 實(shí)驗(yàn)過程

(1)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，把一支腳調(diào)高，高度h=0.038 m，按0.6 m間距安裝兩光電門．

(2)將兩光電門接入數(shù)據(jù)采集第1、第2通道．

(3)啟動(dòng)DISLab實(shí)驗(yàn)軟件，選擇“通電軟件”的“計(jì)算表格”，單擊“自動(dòng)記錄”中的“開始”按鈕，啟動(dòng)氣泵，讓滑塊自由滑下5～6次；點(diǎn)擊“結(jié)束”，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)保存．

(4)在Excel中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.

(5)再將支腳依次調(diào)高2H、3H重復(fù)上述步驟．

5 數(shù)據(jù)處理

(1)啟動(dòng)Excel 2003會(huì)自動(dòng)新建一個(gè)Excel工作簿，單擊“文件”菜單中的“另存為”命令，在“另存為”對(duì)話框中選擇合適的路徑，在“文件名”框中鍵入文件的名稱，單擊“保存”．

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得數(shù)據(jù)和需要計(jì)算的結(jié)果設(shè)計(jì)表格，輸入實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)．如表1所示.

表1

(3)計(jì)算v1選擇單元格D2，在其中輸入“=0.02/B2”(不含引號(hào)).完成后按Enter鍵，此時(shí)單元格D2就會(huì)自動(dòng)顯示v1的計(jì)算結(jié)果.選擇單元格D2向下拖動(dòng)右下角的“+”標(biāo)志，下面各行的單元格就以相同的計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算并填充單元格．

(4)計(jì)算v2選擇單元格E2，在其中輸入“=0.02/C2”(不含引號(hào)).完成后按Enter鍵，此時(shí)單元格E2就會(huì)自動(dòng)顯示v2的計(jì)算結(jié)果.選擇單元格E2向下拖動(dòng)右下角的“+”標(biāo)志填充單元格．

(5)計(jì)算E1、E2選擇單元格F2，在其中輸入“=(D2^2)/2+9.8*0.038”(不含引號(hào)).完成后按Enter鍵，此時(shí)單元格F2就會(huì)自動(dòng)顯示E1的計(jì)算結(jié)果.選擇單元格G2，在其中輸入“=(E2^2)/2”(不含引號(hào)).完成后按Enter鍵，此時(shí)單元格G2就會(huì)自動(dòng)顯示E2的計(jì)算結(jié)果．分別選擇單元格F2和G2向下拖動(dòng)右下角的“+”標(biāo)志完成填充．

(6)計(jì)算E1、E2的平均值.選擇單元格H2，在其中輸入“=AVGRAGE(F2：F7)”(不含引號(hào)).完成后按Enter鍵，此時(shí)單元格H2就會(huì)自動(dòng)顯示E1平均值的計(jì)算結(jié)果.選擇單元格I2，在其中輸入“=AVGRAGE(G2：G7)”(不含引號(hào)).完成后按Enter鍵，此時(shí)單元格I2就會(huì)自動(dòng)顯示E2平均值的計(jì)算結(jié)果．

全部實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示.

表2

另外，數(shù)據(jù)處理的步驟(3)～(6)中，公式編輯過程也可以在選擇相應(yīng)單元格之后，在公式編輯欄輸入引號(hào)中的內(nèi)容完成計(jì)算．