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淺談驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的兩種方法
驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是高中物理必修二第七章的第9節(jié)內(nèi)容，如果物體系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功，物體的動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，但總的機(jī)械能保持不變，叫做機(jī)械能守恒定律。而物體的動(dòng)能和勢(shì)能的代數(shù)和，就是物體系統(tǒng)的機(jī)械能。若要驗(yàn)證物體系統(tǒng)的機(jī)械能是否守恒，必須在滿足守恒條件的前提下，比較動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系或動(dòng)能、勢(shì)能的代數(shù)和。一、驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)方案
方法一：落體法。實(shí)驗(yàn)儀器有鐵架臺(tái)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，重錘，紙袋。
在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們一般利用落體法來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，方法簡(jiǎn)單易行。所用方法如圖1所示，打出的紙帶上某兩點(diǎn)之間的距離就表示重物下落的高度h，重物重力勢(shì)能的減少△Ep=mgh下落過(guò)程中初、末位置的瞬時(shí)速度v1、v2可由打出的紙帶求出，動(dòng)能的增加量為 方法二：擺球法。實(shí)驗(yàn)儀器有朗威DISLab數(shù)據(jù)采集器，光電門傳感器，DISLab機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器，鐵架臺(tái)，計(jì)算機(jī)。DISLab具體的操作方法如下：
1.架設(shè)好DISLab機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器。如圖2所示，將光電門傳感器接入數(shù)據(jù)采集器。
2.將小擺球用磁鐵夾吸住，固定在A點(diǎn)上方5～10cm處。
3.移動(dòng)光電門傳感器固定臂，使用測(cè)平器觀察并調(diào)整光電門的透光孔正好在A點(diǎn)。
4.測(cè)量DISLab機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器擺錘的直徑及其質(zhì)量，將數(shù)據(jù)輸入軟件窗口下方的表格。
5.將磁鐵夾固定在DISLab機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)器的A點(diǎn)，依次將光電門固定在B、C、D點(diǎn)。
6.打開通用軟件中的“計(jì)算表格”，點(diǎn)擊“自動(dòng)記錄”中的“開始”，釋放擺球，當(dāng)擺球通過(guò)光電門傳感器后，阻止擺球回?cái)[，擺本文由論文聯(lián)盟http://www.LWlM.cOM收集整理球通過(guò)光電門傳感器的速度就顯示在表格中。
7.變更光電門的位置，得出光電門傳感器在B、C、D三點(diǎn)時(shí)的數(shù)據(jù)。
8.點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)計(jì)算”，得到擺球通過(guò)B、C、D各點(diǎn)時(shí)的動(dòng)能、勢(shì)能和機(jī)械能（如圖3）。
9.由結(jié)果可見(jiàn)，擺球在4個(gè)點(diǎn)的機(jī)械能變化范圍幾乎很小，在誤差范圍內(nèi)，可得出結(jié)論，在只有重力做功的情況下，機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。
二、DISLab實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比
1.DISLab實(shí)驗(yàn)（擺球法）所占的優(yōu)勢(shì)有：
�。�1）從課堂效果來(lái)看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)耗時(shí)短，節(jié)省了大量的時(shí)間。
�。�2）從學(xué)生的角度上講，DISLab實(shí)驗(yàn)有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和信息素養(yǎng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以在學(xué)生的腦海中形成直觀、深刻的印象，將學(xué)生思維空間的抽象信號(hào)比較準(zhǔn)確地展現(xiàn)在電腦屏幕上，可以從電腦顯示器上直接看到擺錘的瞬時(shí)速率，形象直觀。
（3）從教學(xué)方式方面上講，教師可借助DISLab實(shí)驗(yàn)改變教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生興趣。DISLab實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)性和直觀性，讓學(xué)生幾乎可同時(shí)觀察到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)的真正情景，學(xué)生會(huì)異常興奮，并感受到高科技時(shí)代的氣息，增強(qiáng)探究科學(xué)問(wèn)題的好奇心和動(dòng)力。
�。�4）從培養(yǎng)學(xué)生各方面能力上講，DISLab實(shí)驗(yàn)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，因?yàn)樵贒ISLab實(shí)驗(yàn)中，基本的儀器就是某些固定的傳感器、數(shù)據(jù)采集器、相應(yīng)的軟件和計(jì)算機(jī)，有利于學(xué)生掌握利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，可以幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的知識(shí)層面。
2.DISLab實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，在某些方面也具有弊端：
（1）從學(xué)生的角度來(lái)講，由于學(xué)習(xí)者本身的差異性，并不是每個(gè)學(xué)習(xí)者對(duì)DISLab實(shí)驗(yàn)的適應(yīng)程度都相同。因?yàn)镈ISLab實(shí)驗(yàn)涉及綜合性、技術(shù)性的知識(shí)較多，如非電學(xué)量的轉(zhuǎn)換、信號(hào)的放大、信號(hào)的采集、模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換、軟件的編制等，許多內(nèi)容學(xué)生都比較生疏，容易分散學(xué)生的注意力。
�。�2）從DISLab實(shí)驗(yàn)自身來(lái)講，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化程度較高，易使學(xué)生忽視實(shí)驗(yàn)的物理意義，而單純地關(guān)注采集、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
�。�3）從數(shù)據(jù)處理方面來(lái)講，由于DISLab實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理及其作圖全部由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，雖然簡(jiǎn)易、快捷，但是卻不能訓(xùn)練學(xué)生處理紙帶數(shù)據(jù)的能力、數(shù)學(xué)運(yùn)算能力、作圖能力。而這些能力恰恰是學(xué)生必須要具備的能力，在期中、期末考試，以及兩年后的高考中，都要考查學(xué)生這些能力。
3.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（落體法）也有它的優(yōu)勢(shì)：
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)重視培養(yǎng)學(xué)生正確的選擇儀器和使用儀器的能力，側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致、認(rèn)真、耐心的觀察習(xí)慣；從處理數(shù)據(jù)上來(lái)看，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)可以充分培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力、作圖能力及利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力，而這些能力恰好是學(xué)生必須具備的能力。
4.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)（落體法）存在以下不足：
（1）由于電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器與紙帶之間存在摩擦，影響實(shí)驗(yàn)的精度。
�。�2）提紙帶時(shí)手的抖動(dòng)不能保證重錘在速度為零時(shí)開始計(jì)時(shí)。
�。�3）紙帶上的點(diǎn)存在拖痕并且較粗，影響處理精度。
（4）如果在課堂教學(xué)中作為演示實(shí)驗(yàn)來(lái)處理的話，耗時(shí)長(zhǎng)，并且實(shí)驗(yàn)誤差大，勉強(qiáng)得出結(jié)論，學(xué)生不信服。
三、總結(jié)
從上面的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)看，DISLab實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)和中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合，可以充分挖掘?qū)W生的潛能，增強(qiáng)學(xué)生的自信心，提高學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣，用于課堂演示實(shí)驗(yàn)效果非常好.但是也存在一定的弊端。
總而言之，DISLab實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)各有優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然也各有弊端。高中物理DISLab實(shí)驗(yàn)完全取代物理傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段并不是可取的好方法，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的實(shí)際將兩者有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，在教學(xué)中取長(zhǎng)補(bǔ)短，這才是一種理想的教學(xué)方式。只有將高中物理實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)配合使用，才能充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，以達(dá)到實(shí)驗(yàn)過(guò)程的優(yōu)化處理，幫助學(xué)生成功完成實(shí)驗(yàn)，并能在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中掌握到應(yīng)有的知識(shí)，學(xué)到相應(yīng)的技能，培養(yǎng)相應(yīng)的能力。
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