对验证机械能守恒定律实验的改进(有重大修改稿1)2

对“验证机械能守恒〞定律实验的改良补充improvingcomplementstovalidatetheexperimentaboutthelawofconservationofmechanicalenergy.何永健甘肃省永昌县第一高级中学737200摘要：分析和探讨了一例中学物理分组实验在仪器装置上的不妥之处，并提出了切实可行地改良方法。关键词：验证机械能守恒；实验；改良补充；在新编人教版高中《物理》(必修)教材第一册中,“验证机械能守恒定律〞的学生实验的装置如图1所示,从教材对此实验设计的思路、步骤、过程等各方面考查：该实验设计外表上看似乎完善精确,符合既定的实验要求,但实际情况却并非如此。由于教材编写者并未完全了解熟悉所需仪器的性能,实验装置的漏洞较多，缺乏科学合理性，实验的可操作性极差,甚至按照教材装置无法进行实际的操作实验,必须加以合理地改良完善,才能到达预期的实验效果。一、存在问题1选用仪器的实际性能不符合实验要求。从教材图1所示明显可以看出：在铁架台上固定打点计时器的铁夹是烧瓶夹,即使换用电磁打点计时器所配附夹，由于附夹的长度较短具有容易转动的特点，也是无法把它稳定地固定在铁夹台上。经严格地实验测定电磁打点计时器所受的重力是2.7N,电火花计时器所受的重力是2N,而实验时电磁打点计时器只能夹在烧瓶夹的平面局部,两者的接触面积较小,烧瓶夹对计时器所产生的相对压力就难以稳定地固定打点计时器。按照两种计时器的组成结构和其各局部的功能作用，烧瓶夹只能夹在其底座左下角的位置,这样的烧瓶夹和偏下的固定位置，是根本无法夹紧打点计时器的。烧瓶夹所夹位置远离了打点计时器的重心所在位置，存在着一定的转动力矩，实验时随着振针不停地振动作用，打点计时器必然会产生向下转动，甚至会掉在实验台上；假设换用电火花计时器也存在同样的问题，它没有墨粉盒的一端厚度达4.2cm又远远超过了烧瓶夹所能夹的最大厚度3.5cm,又如何夹得住?这样的实验装置的与仪器的实际结构、作用完全不一致，严重地影响了实验的正常操作。图1图12所夹位置较大地偏离了打点计时器的重心位置。教仪厂生产的电磁打点计时器(或电火花计时器)底座宽度只有7cm,中间凸起,并安装有电感线圈、磁铁等其他配件,而打点计时器的重心位置约在其底座的几何中心位置,底座周围露出边缘局部的宽度左右只有1.7cm,上下约有1.7cm,试管夹的宽度为2.6cm,为了不影响实验的正常操作,烧瓶夹只能选择固定在打点计时器左下角的位置。固定位置极大地偏离了它的重心位置,烧瓶夹的宽度又远远超过打点计时器底座露在边缘的宽度,选择远离其重心的固定位置、用来固定玻璃试管的固定器材,在实验时打点计时器必然会发生向下转动,又如何能起到牢固固定打点计时器、使打点计时器的位置在整个实验过程中稳定保持不变，确保纸带和打点计时器在同一个竖直平面内的作用呢？又如何保证在实验中不损坏打点计时器呢？二、改良方法1将铁夹台放在实验台上，由铁夹台的底座面和所配的烧瓶夹共同固定打点计时器。如图2所示，把打点计时器的底座竖直立起横放在铁夹台的底座面上,使带有接线柱的一侧面紧贴铁夹台的底座面上,把铁夹台立柱上的垂直夹降低到适宜的位置，用烧瓶夹夹住打点计时器的右上角，使其带有限位孔的一端伸出台面,两个限位孔要上下对正，调整打点计时器的底座处于竖直状态。由于打点计时器受到铁夹台的底座面向上的支持力和烧瓶夹的稳定的固定作用，打点计时器被牢固地固定在铁夹台的底座面上，完全符合此实验的实验要求。其它步骤跟教材的要求相同。这样做，既能把打点计时器牢固图2地固定在铁夹台的底座面上,其底座与运动的纸带保持在同一竖直平面内,同时,学生在实验时也便于实际操作,符合仪器配件的实际结构及其作用,更重要的是培养了学生根据其具体实验仪器灵活合理调整实验方案的创新、合作精神，也防止了教师在教学时根据教材装置因不便于实际操作出现的为难局面。同时，实验时一方面要向学生强调说明教材做法不合理的原因，另一方面还要说明改良后的具体步骤，便于学生进行实验，否那么，就会引起学生思维地混乱，带来不必要地麻烦！2实验时纸带要舒展。一般中学实验室使用的纸带出厂时为了便于装箱运输，都是卷成圆形的盘在一起的纸带卷,学生实验时由于纸带长期卷曲,直接放入打点计时器中摩擦力较大,而电磁打点计时器工作时受到的阻力要绝对小于2.49×10N,而且,打下的迹点也不清晰,因此，实验前教师应要求学生把分发的纸带用手多捋几遍,使纸带由卷曲变得自然平展,以减小实验时的摩擦阻力,使打下的“迹点〞更加清晰，也防止了纸带上“拖点〞现象地出现。同时,笔者也建议教仪厂生产纸带时选用的材料纸不要过硬、过厚,应选用材料较薄、质地较软、韧性较好的纸张，实验效果会更加清晰明显。三、结束语从上述对该实验缺乏之处的分析探讨中可看出：中学物理教材对各种实验的编排、装置设计应符合大多数中学物理室仪器实际的结构、性能，才能更有利于物理实验教学，否那么，只能是“纸上谈兵〞，造成实际实验教学中的混乱与不便！同时，此例也说明教材编写与物理实际实验仪器确实存在脱节之处，教材的某些实验设计远远滞后于实验仪器的改良与开展趋势，建议教材编写人员在编写物理实验内容时，应多深入基层学校、教仪研制院所进行学术调研，了解收集各种仪器的使用及改良情况，使新编教材实验内容的编写与物理仪器的开展与时俱进，物理教材才更具有科学性和指导性，而现今进行的物理课程改革更应如此，安排设计的实验要与实际生活贴近，要考虑大多数学校的仪器配备实际，才更能实现课程改革的理念意图。而该实验的改良方法，即克服了原实验仪器使用中的缺乏，完全符合一般中学物理实验仪器的实际结构，又具有操作方便、方法可靠的优点，经笔者多年的实验教学检验证明此方法确实是有效可行的！电子信箱：：737200甘肃省永昌县第一高级中学何永健2023年10月