機械能守恒演示裝置的改進——自制教具展示作品文章之三

機械能守恒演示裝置的改進
——自制教具展示作品文章之三

唐素珍

(石獅第一中學福建 泉州362700)

摘 要：通常“驗證機械能守恒”的實驗中, 速度v不易測量，重力加速度g必須采用實驗室當地的具體值.本實驗改進后，將難以測量的速度v轉化為更易測量的長度s，并從原理上規避了當地重力加速度g的取值所可能帶來的問題.

關鍵詞：機械能守恒實驗平拋運動

收稿日期：(2015-01-23)

1發現問題

為解決上述問題，筆者設計制作了新的實驗裝置，用來驗證機械能守恒.

2實驗原理

實驗中只需要測量出小球平拋運動的水平位移s及h1,h2的值，如果驗證出s2與4h1h2相等，就驗證了ΔEk與-ΔEp相等，從而得出機械能守恒的結論.

圖1　實驗原理圖

3實驗裝置

(1) 坐標板：由水平、豎直兩塊木板拼接而成，其中豎直坐標板規格為1 200 mm×1 200 mm，水平坐標板規格為1 600 mm×300 mm.

(2)坐標紙：豎直坐標板上貼的坐標紙為12×12個方格，每一方格規格為100 mm×100 mm；水平坐標板上貼的坐標紙為16×3個大方格，每一大方格規格為100 mm×100 mm，每一大方格又等分為10×10個小方格(小方格規格就為10 mm×10 mm).兩坐標紙都采用噴繪方法制作，再分別粘帖于兩坐標板上.

(3)擺球：將小金屬球裹一層薄棉布，可染印色油或紅墨水，以便記錄小球平拋落點位置.用細線(縫紉線)懸掛小球，細線的上端固定在豎直坐標板上的O點，調節擺長，使得小球豎直懸掛時最低點B到水平坐標板的豎直高度h2=60 cm.

(4)在豎直坐標板中部鉆孔裝一短木塊，并在木塊底面固定一剃須刀片，刀片平面取水平方向，刀刃應與擺線的運動方向v斜交而不要垂直，這樣才能迅速把線切斷.仔細調整刀刃的位置，使之恰好能在球擺到最低點時把線切斷，切斷處應盡量靠近擺球.

4使用方法

如圖2所示，以豎直坐標板為基準，把擺球拉到離B點某一高度的A處，并由靜止開始釋放.

圖2　機械能守恒實驗裝置圖

取AB之間的高度差h1=10 cm，當球擺到最低點B時，線被切斷，球被平拋出去，落在水平坐標紙E上，打出痕跡，記錄落地點C，利用水平坐標方格讀出水平射程s.改變h1高度，(可以取h1=20 cm及30 cm)，重復實驗，通過計算s2是否與4h1h2近似相等，得出機械能是否守恒的結論.

記錄的數據如表1所示.

表1　實驗數據

5設計反思

本實驗裝置取材簡單，原理明了，現象直觀.將實驗中難以測量的速度v轉化為更易測量的長度s，實驗中沒有采用實驗室提供的當地重力加速度g的值，從原理上規避了重力加速度g的取值所可能帶來的問題.但是，該實驗裝置也存在一些不足，每做一次實驗就要重新懸掛擺球并調節擺長，在操作上略顯繁雜，有待于今后加以改進.