利用DISLab改进机械能守恒的实验

吴杰 胡家友

(泗阳县致远中学 江苏 泗阳 223700)

1 问题提出

一般探究机械能守恒定律的实验是使用轨道小车.将轨道的一端垫高，平衡摩擦力使小车从轨道上下滑拖动纸带，用打点计时器记录运动的情况.再计算出相应的物理量，探究机械能守恒定律．但这样的设计中摩擦力的平衡不好把握，计算量也比较大，导致课堂效率低下．如果用气垫导轨代替轨道小车，可以克服摩擦阻力的问题.应用DISLab(数字化信息系统实验室)进行测量，结合Excel处理数据可很快得出结论，从而节省时间提高课堂效率．

2 实验原理

在气垫导轨上，可以忽略轨道的摩擦力.将一端垫高，滑块沿斜面下滑，只有重力对其做功.测出滑块运动中任意两位置的瞬时速度和两位置的高度差，再进行相应的比较来研究机械能是否守恒．

图1

本实验中，遮光片的宽度为d=0.02 m，经过两光电门的时间分别为t1、t2，通过的速度就分别为

取低处光电门为零势点，则在两光电门处滑动的机械能分别为

看二者是否相等即可.

3 实验器材

DISlab，计算机，气垫导轨及附件．

4 实验过程

(1)将气垫导轨调节水平，把一支脚调高，高度h=0.038 m，按0.6 m间距安装两光电门．

(2)将两光电门接入数据采集第1、第2通道．

(3)启动DISLab实验软件，选择“通电软件”的“计算表格”，单击“自动记录”中的“开始”按钮，启动气泵，让滑块自由滑下5～6次；点击“结束”，将数据导入Excel进行数据保存．

(4)在Excel中进行数据处理.

(5)再将支脚依次调高2H、3H重复上述步骤．

5 数据处理

(1)启动Excel 2003会自动新建一个Excel工作簿，单击“文件”菜单中的“另存为”命令，在“另存为”对话框中选择合适的路径，在“文件名”框中键入文件的名称，单击“保存”．

(2)根据实验中测得数据和需要计算的结果设计表格，输入实验测得数据．如表1所示.

表1

(3)计算v1选择单元格D2，在其中输入“=0.02/B2”(不含引号).完成后按Enter键，此时单元格D2就会自动显示v1的计算结果.选择单元格D2向下拖动右下角的“+”标志，下面各行的单元格就以相同的计算方式进行计算并填充单元格．

(4)计算v2选择单元格E2，在其中输入“=0.02/C2”(不含引号).完成后按Enter键，此时单元格E2就会自动显示v2的计算结果.选择单元格E2向下拖动右下角的“+”标志填充单元格．

(5)计算E1、E2选择单元格F2，在其中输入“=(D2^2)/2+9.8*0.038”(不含引号).完成后按Enter键，此时单元格F2就会自动显示E1的计算结果.选择单元格G2，在其中输入“=(E2^2)/2”(不含引号).完成后按Enter键，此时单元格G2就会自动显示E2的计算结果．分别选择单元格F2和G2向下拖动右下角的“+”标志完成填充．

(6)计算E1、E2的平均值.选择单元格H2，在其中输入“=AVGRAGE(F2：F7)”(不含引号).完成后按Enter键，此时单元格H2就会自动显示E1平均值的计算结果.选择单元格I2，在其中输入“=AVGRAGE(G2：G7)”(不含引号).完成后按Enter键，此时单元格I2就会自动显示E2平均值的计算结果．

全部实验数据如表2所示.

表2

另外，数据处理的步骤(3)～(6)中，公式编辑过程也可以在选择相应单元格之后，在公式编辑栏输入引号中的内容完成计算．