机械能守恒演示装置的改进——自制教具展示作品文章之三

机械能守恒演示装置的改进
——自制教具展示作品文章之三

唐素珍

(石狮第一中学福建 泉州362700)

摘 要：通常“验证机械能守恒”的实验中, 速度v不易测量，重力加速度g必须采用实验室当地的具体值.本实验改进后，将难以测量的速度v转化为更易测量的长度s，并从原理上规避了当地重力加速度g的取值所可能带来的问题.

关键词：机械能守恒实验平抛运动

收稿日期：(2015-01-23)

1发现问题

为解决上述问题，笔者设计制作了新的实验装置，用来验证机械能守恒.

2实验原理

实验中只需要测量出小球平抛运动的水平位移s及h1,h2的值，如果验证出s2与4h1h2相等，就验证了ΔEk与-ΔEp相等，从而得出机械能守恒的结论.

图1　实验原理图

3实验装置

(1) 坐标板：由水平、竖直两块木板拼接而成，其中竖直坐标板规格为1 200 mm×1 200 mm，水平坐标板规格为1 600 mm×300 mm.

(2)坐标纸：竖直坐标板上贴的坐标纸为12×12个方格，每一方格规格为100 mm×100 mm；水平坐标板上贴的坐标纸为16×3个大方格，每一大方格规格为100 mm×100 mm，每一大方格又等分为10×10个小方格(小方格规格就为10 mm×10 mm).两坐标纸都采用喷绘方法制作，再分别粘帖于两坐标板上.

(3)摆球：将小金属球裹一层薄棉布，可染印色油或红墨水，以便记录小球平抛落点位置.用细线(缝纫线)悬挂小球，细线的上端固定在竖直坐标板上的O点，调节摆长，使得小球竖直悬挂时最低点B到水平坐标板的竖直高度h2=60 cm.

(4)在竖直坐标板中部钻孔装一短木块，并在木块底面固定一剃须刀片，刀片平面取水平方向，刀刃应与摆线的运动方向v斜交而不要垂直，这样才能迅速把线切断.仔细调整刀刃的位置，使之恰好能在球摆到最低点时把线切断，切断处应尽量靠近摆球.

4使用方法

如图2所示，以竖直坐标板为基准，把摆球拉到离B点某一高度的A处，并由静止开始释放.

图2　机械能守恒实验装置图

取AB之间的高度差h1=10 cm，当球摆到最低点B时，线被切断，球被平抛出去，落在水平坐标纸E上，打出痕迹，记录落地点C，利用水平坐标方格读出水平射程s.改变h1高度，(可以取h1=20 cm及30 cm)，重复实验，通过计算s2是否与4h1h2近似相等，得出机械能是否守恒的结论.

记录的数据如表1所示.

表1　实验数据

5设计反思

本实验装置取材简单，原理明了，现象直观.将实验中难以测量的速度v转化为更易测量的长度s，实验中没有采用实验室提供的当地重力加速度g的值，从原理上规避了重力加速度g的取值所可能带来的问题.但是，该实验装置也存在一些不足，每做一次实验就要重新悬挂摆球并调节摆长，在操作上略显繁杂，有待于今后加以改进.