利用DISLab改進機械能守恒的實驗

吳杰 胡家友

(泗陽縣致遠中學 江蘇 泗陽 223700)

1 問題提出

一般探究機械能守恒定律的實驗是使用軌道小車.將軌道的一端墊高，平衡摩擦力使小車從軌道上下滑拖動紙帶，用打點計時器記錄運動的情況.再計算出相應的物理量，探究機械能守恒定律．但這樣的設計中摩擦力的平衡不好把握，計算量也比較大，導致課堂效率低下．如果用氣墊導軌代替軌道小車，可以克服摩擦阻力的問題.應用DISLab(數字化信息系統實驗室)進行測量，結合Excel處理數據可很快得出結論，從而節省時間提高課堂效率．

2 實驗原理

在氣墊導軌上，可以忽略軌道的摩擦力.將一端墊高，滑塊沿斜面下滑，只有重力對其做功.測出滑塊運動中任意兩位置的瞬時速度和兩位置的高度差，再進行相應的比較來研究機械能是否守恒．

圖1

本實驗中，遮光片的寬度為d=0.02 m，經過兩光電門的時間分別為t1、t2，通過的速度就分別為

取低處光電門為零勢點，則在兩光電門處滑動的機械能分別為

看二者是否相等即可.

3 實驗器材

DISlab，計算機，氣墊導軌及附件．

4 實驗過程

(1)將氣墊導軌調節水平，把一支腳調高，高度h=0.038 m，按0.6 m間距安裝兩光電門．

(2)將兩光電門接入數據采集第1、第2通道．

(3)啟動DISLab實驗軟件，選擇“通電軟件”的“計算表格”，單擊“自動記錄”中的“開始”按鈕，啟動氣泵，讓滑塊自由滑下5～6次；點擊“結束”，將數據導入Excel進行數據保存．

(4)在Excel中進行數據處理.

(5)再將支腳依次調高2H、3H重復上述步驟．

5 數據處理

(1)啟動Excel 2003會自動新建一個Excel工作簿，單擊“文件”菜單中的“另存為”命令，在“另存為”對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)根據實驗中測得數據和需要計算的結果設計表格，輸入實驗測得數據．如表1所示.

表1

(3)計算v1選擇單元格D2，在其中輸入“=0.02/B2”(不含引號).完成后按Enter鍵，此時單元格D2就會自動顯示v1的計算結果.選擇單元格D2向下拖動右下角的“+”標志，下面各行的單元格就以相同的計算方式進行計算并填充單元格．

(4)計算v2選擇單元格E2，在其中輸入“=0.02/C2”(不含引號).完成后按Enter鍵，此時單元格E2就會自動顯示v2的計算結果.選擇單元格E2向下拖動右下角的“+”標志填充單元格．

(5)計算E1、E2選擇單元格F2，在其中輸入“=(D2^2)/2+9.8*0.038”(不含引號).完成后按Enter鍵，此時單元格F2就會自動顯示E1的計算結果.選擇單元格G2，在其中輸入“=(E2^2)/2”(不含引號).完成后按Enter鍵，此時單元格G2就會自動顯示E2的計算結果．分別選擇單元格F2和G2向下拖動右下角的“+”標志完成填充．

(6)計算E1、E2的平均值.選擇單元格H2，在其中輸入“=AVGRAGE(F2：F7)”(不含引號).完成后按Enter鍵，此時單元格H2就會自動顯示E1平均值的計算結果.選擇單元格I2，在其中輸入“=AVGRAGE(G2：G7)”(不含引號).完成后按Enter鍵，此時單元格I2就會自動顯示E2平均值的計算結果．

全部實驗數據如表2所示.

表2

另外，數據處理的步驟(3)～(6)中，公式編輯過程也可以在選擇相應單元格之后，在公式編輯欄輸入引號中的內容完成計算．