陳沛鋒

摘 要：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是高中物理教學(xué)中的一個重要實(shí)驗(yàn)，是高考實(shí)驗(yàn)命題的熱點(diǎn)之一。由批改一道關(guān)于“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)題中發(fā)現(xiàn)的問題為出發(fā)點(diǎn)，對本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提出一些建議，以期對一線教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到一定的幫助，有效地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：高中物理；機(jī)械能守恒；實(shí)驗(yàn)；教學(xué)

驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律是高中物理的一個重要實(shí)驗(yàn)，它幫助學(xué)生理解機(jī)械能守恒定律的同時，很好地考查了學(xué)生對高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)的綜合理解能力，是物理高考實(shí)驗(yàn)命題的熱點(diǎn)之一。本人通過批改一道“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)題中發(fā)現(xiàn)的問題，對本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)提出一些建議，以期促進(jìn)教學(xué)效果的提升。

試題：如圖，利用重物自由下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置。

（1）在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，沒有必要進(jìn)行的操作是（ ）

A.用天平測重物的質(zhì)量

B.用秒表測重物下落的時間

C.用打點(diǎn)計(jì)時器記錄重物下落的信息

D.用紙帶記錄重物下落的高度

（2）在實(shí)驗(yàn)過程中，為了減小誤差，重物應(yīng)該選質(zhì)量 的重錘（選填“較大”或者“較小”）其主要原因是 ；紙帶打點(diǎn)時，應(yīng)在釋放紙帶 （選填“之前”或“之后”）接通打點(diǎn)計(jì)時器的電源。

（3）該實(shí)驗(yàn)所用打點(diǎn)計(jì)時器的電源頻率為50 Hz，紙帶如圖。A、B、C為紙帶中選取的三個計(jì)數(shù)點(diǎn)，每兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個點(diǎn)未畫出，則每兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時間間隔T= s，打點(diǎn)計(jì)時器在打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B時，物體的下落速度為vB= m/s（保留三位有效數(shù)字）。

（4）由于該實(shí)驗(yàn)中存在阻力做功，所以實(shí)驗(yàn)測得的重物的重力勢能的減少量 （選填“大于”、“小于”或“等于”）動能的增加量。

本題從實(shí)驗(yàn)原理、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)誤差分析等方面對學(xué)生進(jìn)行了考查，從試題批改的情況來看，學(xué)生答題主要存在以下幾個主要問題：

1.對實(shí)驗(yàn)原理理解不到位。如要測量的物理量，操作的先后順序等。

2.沒有掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法。在判斷兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)的時間間隔時，答了0.02 s、0.08 s或者1 s等。打下計(jì)數(shù)點(diǎn)B的速度算出了0.196 m/s、9.8 m/s等。

3.對實(shí)驗(yàn)誤差來源不理解。學(xué)生選擇了“較小”的重物，重物重力勢能的減少量應(yīng)“小于”或“等于”動能的增加量。

4.沒有按題目要求，表述不規(guī)范。有些學(xué)生選填了“前”而不是“之前”等，結(jié)果沒有保留三位有效數(shù)字。

為解決這些典型的答題錯誤問題，在本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)上，我覺得要明確以下幾個教學(xué)內(nèi)容。

1.熟悉打點(diǎn)計(jì)時器的工作原理。如果打點(diǎn)計(jì)時器使用頻率為50 Hz的交流電源，則每個計(jì)時點(diǎn)的時間間隔是0.02 s，如取每5個點(diǎn)作為一個計(jì)數(shù)點(diǎn)，則每兩個計(jì)數(shù)點(diǎn)的時間間隔是0.1 s。打點(diǎn)計(jì)時器記錄物體運(yùn)動時間和位移的儀器，實(shí)驗(yàn)中不需要再單獨(dú)用秒表來測量運(yùn)動時間。實(shí)驗(yàn)時如要求第一個計(jì)時點(diǎn)速度為零，就應(yīng)該遵守“先接通打點(diǎn)計(jì)時器電源，再釋放紙帶”的操作。

2.重點(diǎn)理解實(shí)驗(yàn)原理，了解誤差來源。機(jī)械能守恒定律的一種理解是，物體在只有重力（或系統(tǒng)內(nèi)彈力）做功的情況下，勢能的變化量等于動能的變化量。用物體做自由落體運(yùn)動的模型來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，就是看看在只有重力做正功的情況下，物體重力勢能的減少量是否等于其動能的增加量，因式子兩邊均有質(zhì)量，可以用含有共同符號m的結(jié)果對比，故實(shí)驗(yàn)過程中不需要用天平測量重物的質(zhì)量。這就是本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理。實(shí)驗(yàn)過程中的阻力是不可避免的，所以阻力做負(fù)功會損失一定的機(jī)械能，物體實(shí)際下落過程中，其重力勢能的減少量會略大于動能的增加量。為了使物體的運(yùn)動盡量接近自由落體運(yùn)動，我們的重物應(yīng)該選擇密度、質(zhì)量都較大的物體，目的是讓物體在下落過程中受到的阻力與重力相當(dāng)，可以忽略，盡量減小阻力做負(fù)功對機(jī)械能損失的影響，減小實(shí)驗(yàn)誤差。這些都是理解此實(shí)驗(yàn)原理的關(guān)鍵點(diǎn)，在教學(xué)過程中必須向?qū)W生明確說明，降低做題過程中錯誤率。

3.對記錄做勻變速直線運(yùn)動信息的紙帶數(shù)據(jù)處理，是高中物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)的核心內(nèi)容。數(shù)據(jù)處理主要有兩個方面：計(jì)算物體運(yùn)動的加速度和運(yùn)動到某時刻的瞬時速度。物體運(yùn)動加速度的計(jì)算用到勻變速直線運(yùn)動一個重要結(jié)論：相鄰相等時間間隔的兩段位移之差△S，等于物體運(yùn)動加速度與時間間隔的平方的乘積aT2，或者用逐差法來求解。計(jì)算某點(diǎn)的瞬時速度問題，利用勻變速直線運(yùn)動中某段過程的平均速度與其中間時刻的瞬時速度相等原理來求解。在這兩個問題的計(jì)算上，學(xué)生很容易在時間處理、單位換算、計(jì)算準(zhǔn)確以及結(jié)果表達(dá)要求等問題上犯錯。

4.重視表述的規(guī)范

答題時的用詞要規(guī)范，特別是要選填的問題，該選填“之前”的就不能簡單填一個字“前”。還有，計(jì)算結(jié)果要求“保留幾位有效數(shù)字”和“保留小數(shù)點(diǎn)后幾位數(shù)字”的區(qū)別等。

物理學(xué)是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)科，要想學(xué)好，必須重視對知識點(diǎn)的理解。而且，物理知識點(diǎn)間的聯(lián)系非常密切，知識網(wǎng)絡(luò)性很強(qiáng)，一道物理題基本上是幾個知識點(diǎn)的綜合，這就要求教師在授課過程中要加強(qiáng)對知識的整合，讓學(xué)生更好地掌握，本題就是一個典型。同時，在教學(xué)過程中要多通過對答題情況的分析，制訂有針對性的教學(xué)策略，達(dá)到提升教學(xué)成績的效果。

參考文獻(xiàn)：

肖程碑.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律.實(shí)驗(yàn)的評析.成都教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（08）.

編輯 薛直艷