對(duì)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)(有重大修改稿1)2

對(duì)“驗(yàn)證機(jī)械能守恒〞定律實(shí)驗(yàn)的改良補(bǔ)充improvingcomplementstovalidatetheexperimentaboutthelawofconservationofmechanicalenergy.何永健甘肅省永昌縣第一高級(jí)中學(xué)737200摘要：分析和探討了一例中學(xué)物理分組實(shí)驗(yàn)在儀器裝置上的不妥之處，并提出了切實(shí)可行地改良方法。關(guān)鍵詞：驗(yàn)證機(jī)械能守恒；實(shí)驗(yàn)；改良補(bǔ)充；在新編人教版高中《物理》(必修)教材第一冊(cè)中,“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律〞的學(xué)生實(shí)驗(yàn)的裝置如圖1所示,從教材對(duì)此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路、步驟、過(guò)程等各方面考查：該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)外表上看似乎完善精確,符合既定的實(shí)驗(yàn)要求,但實(shí)際情況卻并非如此。由于教材編寫(xiě)者并未完全了解熟悉所需儀器的性能,實(shí)驗(yàn)裝置的漏洞較多，缺乏科學(xué)合理性，實(shí)驗(yàn)的可操作性極差,甚至按照教材裝置無(wú)法進(jìn)行實(shí)際的操作實(shí)驗(yàn),必須加以合理地改良完善,才能到達(dá)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。一、存在問(wèn)題1選用儀器的實(shí)際性能不符合實(shí)驗(yàn)要求。從教材圖1所示明顯可以看出：在鐵架臺(tái)上固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的鐵夾是燒瓶夾,即使換用電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所配附夾，由于附夾的長(zhǎng)度較短具有容易轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)，也是無(wú)法把它穩(wěn)定地固定在鐵夾臺(tái)上。經(jīng)嚴(yán)格地實(shí)驗(yàn)測(cè)定電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所受的重力是2.7N,電火花計(jì)時(shí)器所受的重力是2N,而實(shí)驗(yàn)時(shí)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器只能夾在燒瓶夾的平面局部,兩者的接觸面積較小,燒瓶夾對(duì)計(jì)時(shí)器所產(chǎn)生的相對(duì)壓力就難以穩(wěn)定地固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。按照兩種計(jì)時(shí)器的組成結(jié)構(gòu)和其各局部的功能作用，燒瓶夾只能夾在其底座左下角的位置,這樣的燒瓶夾和偏下的固定位置，是根本無(wú)法夾緊打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的。燒瓶夾所夾位置遠(yuǎn)離了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的重心所在位置，存在著一定的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，實(shí)驗(yàn)時(shí)隨著振針不停地振動(dòng)作用，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必然會(huì)產(chǎn)生向下轉(zhuǎn)動(dòng)，甚至?xí)粼趯?shí)驗(yàn)臺(tái)上；假設(shè)換用電火花計(jì)時(shí)器也存在同樣的問(wèn)題，它沒(méi)有墨粉盒的一端厚度達(dá)4.2cm又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了燒瓶夾所能夾的最大厚度3.5cm,又如何夾得住?這樣的實(shí)驗(yàn)裝置的與儀器的實(shí)際結(jié)構(gòu)、作用完全不一致，嚴(yán)重地影響了實(shí)驗(yàn)的正常操作。圖1圖12所夾位置較大地偏離了打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的重心位置。教儀廠生產(chǎn)的電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器(或電火花計(jì)時(shí)器)底座寬度只有7cm,中間凸起,并安裝有電感線圈、磁鐵等其他配件,而打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的重心位置約在其底座的幾何中心位置,底座周?chē)冻鲞吘壘植康膶挾茸笥抑挥?.7cm,上下約有1.7cm,試管夾的寬度為2.6cm,為了不影響實(shí)驗(yàn)的正常操作,燒瓶夾只能選擇固定在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器左下角的位置。固定位置極大地偏離了它的重心位置,燒瓶夾的寬度又遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器底座露在邊緣的寬度,選擇遠(yuǎn)離其重心的固定位置、用來(lái)固定玻璃試管的固定器材,在實(shí)驗(yàn)時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必然會(huì)發(fā)生向下轉(zhuǎn)動(dòng),又如何能起到牢固固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的位置在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中穩(wěn)定保持不變，確保紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在同一個(gè)豎直平面內(nèi)的作用呢？又如何保證在實(shí)驗(yàn)中不損壞打點(diǎn)計(jì)時(shí)器呢？二、改良方法1將鐵夾臺(tái)放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，由鐵夾臺(tái)的底座面和所配的燒瓶夾共同固定打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。如圖2所示，把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的底座豎直立起橫放在鐵夾臺(tái)的底座面上,使帶有接線柱的一側(cè)面緊貼鐵夾臺(tái)的底座面上,把鐵夾臺(tái)立柱上的垂直夾降低到適宜的位置，用燒瓶夾夾住打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的右上角，使其帶有限位孔的一端伸出臺(tái)面,兩個(gè)限位孔要上下對(duì)正，調(diào)整打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的底座處于豎直狀態(tài)。由于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器受到鐵夾臺(tái)的底座面向上的支持力和燒瓶夾的穩(wěn)定的固定作用，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器被牢固地固定在鐵夾臺(tái)的底座面上，完全符合此實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)要求。其它步驟跟教材的要求相同。這樣做，既能把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器牢固圖2地固定在鐵夾臺(tái)的底座面上,其底座與運(yùn)動(dòng)的紙帶保持在同一豎直平面內(nèi),同時(shí),學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)也便于實(shí)際操作,符合儀器配件的實(shí)際結(jié)構(gòu)及其作用,更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生根據(jù)其具體實(shí)驗(yàn)儀器靈活合理調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新、合作精神，也防止了教師在教學(xué)時(shí)根據(jù)教材裝置因不便于實(shí)際操作出現(xiàn)的為難局面。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)一方面要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)說(shuō)明教材做法不合理的原因，另一方面還要說(shuō)明改良后的具體步驟，便于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，否那么，就會(huì)引起學(xué)生思維地混亂，帶來(lái)不必要地麻煩！2實(shí)驗(yàn)時(shí)紙帶要舒展。一般中學(xué)實(shí)驗(yàn)室使用的紙帶出廠時(shí)為了便于裝箱運(yùn)輸，都是卷成圓形的盤(pán)在一起的紙帶卷,學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)由于紙帶長(zhǎng)期卷曲,直接放入打點(diǎn)計(jì)時(shí)器中摩擦力較大,而電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作時(shí)受到的阻力要絕對(duì)小于2.49×10N,而且,打下的跡點(diǎn)也不清晰,因此，實(shí)驗(yàn)前教師應(yīng)要求學(xué)生把分發(fā)的紙帶用手多捋幾遍,使紙帶由卷曲變得自然平展,以減小實(shí)驗(yàn)時(shí)的摩擦阻力,使打下的“跡點(diǎn)〞更加清晰，也防止了紙帶上“拖點(diǎn)〞現(xiàn)象地出現(xiàn)。同時(shí),筆者也建議教儀廠生產(chǎn)紙帶時(shí)選用的材料紙不要過(guò)硬、過(guò)厚,應(yīng)選用材料較薄、質(zhì)地較軟、韌性較好的紙張，實(shí)驗(yàn)效果會(huì)更加清晰明顯。三、結(jié)束語(yǔ)從上述對(duì)該實(shí)驗(yàn)缺乏之處的分析探討中可看出：中學(xué)物理教材對(duì)各種實(shí)驗(yàn)的編排、裝置設(shè)計(jì)應(yīng)符合大多數(shù)中學(xué)物理室儀器實(shí)際的結(jié)構(gòu)、性能，才能更有利于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，否那么，只能是“紙上談兵〞，造成實(shí)際實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的混亂與不便！同時(shí)，此例也說(shuō)明教材編寫(xiě)與物理實(shí)際實(shí)驗(yàn)儀器確實(shí)存在脫節(jié)之處，教材的某些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于實(shí)驗(yàn)儀器的改良與開(kāi)展趨勢(shì)，建議教材編寫(xiě)人員在編寫(xiě)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)多深入基層學(xué)校、教儀研制院所進(jìn)行學(xué)術(shù)調(diào)研，了解收集各種儀器的使用及改良情況，使新編教材實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的編寫(xiě)與物理儀器的開(kāi)展與時(shí)俱進(jìn)，物理教材才更具有科學(xué)性和指導(dǎo)性，而現(xiàn)今進(jìn)行的物理課程改革更應(yīng)如此，安排設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)要與實(shí)際生活貼近，要考慮大多數(shù)學(xué)校的儀器配備實(shí)際，才更能實(shí)現(xiàn)課程改革的理念意圖。而該實(shí)驗(yàn)的改良方法，即克服了原實(shí)驗(yàn)儀器使用中的缺乏，完全符合一般中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)際結(jié)構(gòu)，又具有操作方便、方法可靠的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)筆者多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)檢驗(yàn)證明此方法確實(shí)是有效可行的！電子信箱：：737200甘肅省永昌縣第一高級(jí)中學(xué)何永健2023年10月