巧用阿特伍德机和DIS系统验证机械能守恒定律摘要：“验证机械能守恒定律”是高中物理教学中的重要实验，但实验要求较高，很难在实际教学中开展。本文介绍了巧用阿特伍德机和DIS系统验证机械能守恒定律，并借此进行了实验测量，其实验结果验证了机械能守恒定律。关键词：DIS系统；机械能守恒定律；阿特伍德机：G633.7文献标识码：A：1003-6148(2017)2-0054-31问题的提出机械能守恒定律(1awofconservationofmechanicalenergy)是指：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。“验证机械能守恒定律”是人民教育出版社课程教材研究所编写的普通高中课程标准实验教科书《物理必修2》［1］第七章第九节的内容。教材中介绍的实验采用如图1所示的装置。实验方法是：用天平测量出重物的质量，由于重物下落的高度等于电火花计时器打出的纸带上某两点之间的距离，便可计算岀重物下落过程中重力势能的减少量；再利用纸带上的点计算出重物在各点的瞬时速度，从而得出重物在各点的动能；比较重物在某两点间动能的增加量和重力势能的减少量是否相等，若在实验误差允许的范围内近似相等便验证了机械能守恒定律。教材中介绍的实验条件要求较高且有以下注意事项:（1）为了减小摩擦阻力的影响，在安装电火花计时器时必须使纸带和限---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---位孔在同一竖直线上；（2）为了减小空气阻力的影响，应选用质量和密度较大的重物；（3）为了减小测量下落高度的相对误差，选取的计数点应离起始点远一些，但也不宜过长；（4）为了使计时时间更加准确，应该在稳定的市电环境下进行实验。实验中，提纸带的手不能抖动，接通电源，待电火花计时器工作稳定后再松开纸带让重物下落。面对这些较高的实验要求，许多优秀高中物理教师努力对“验证机械能守恒定律”的实验进行了改进，例如：安学立基于“波”概念改进了传统的机械能守恒定律实验［2］；唐素珍自制演示装置，规避了难以测量的速度［3］；杨明辉提出了利用转动马达验证机械能守恒定律［4］；张生斌提出了巧用平抛运动验证机械能守恒定律［5］；谢杰妹、陈显盈自制“记忆型”弹簧秤，对验证机械能守恒定律实验进行了创新设计［6］。这些研究成果的取得充分体现了广大物理教师兢兢业业的工作态度。但这些改进依然存在一些问题，有的改进操作存在困难，有待进一步解决。笔者在充分借鉴已有研究成果的基础上，巧用阿特伍德机和DIS系统验证机械能守恒定律，并借此进行了实验测量，其结果验证了机械能守恒定律。2实验设计2.1实验目的验证机械能守恒定律。2.2??验原理英国剑桥大学数学家、物理学家乔治？阿特伍德(GeorgeAtwood,1746-1807)为了验证牛顿第二定律，在1784年发表了一篇题为《关于物体的直线运---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---动和转动》的学术论文，提出了一种用于测量加速度及验证牛顿力学定律的机械装置。后人将此机械装置称为“阿特伍德机”，并常常用来研究匀变速直线运动的规律。如图2所示，将两个质量分别为ml、m2的物体系于一根长度适中跨过定滑轮轻质软绳的两端，就组成了阿特伍德机。若两物体的质量满足ml<m2,将质量为m2的物体静止释放，质量为ml的物体向上运动，质量为m2的物体向下运动，定滑轮顺时针方向旋转。在运动中质量为m2的物体下降的距离一定等于质量为ml的物体上升的距离，且两物体的速度大小总是相等的。两光电门传感器之间的距离为h,质量为ml的物体其高度为L上升过程中先后通过两光电门传感器A、B所用的时间分别为tA、tBo质量为ml的物体几何中心通过光电门传感器的瞬时速度近似等于物体通过光电门传感器的平均速度。即vA^vA=,vB^vB=o假定滑轮和轻绳质量忽略不计且二者间无摩擦，轻绳不可伸长，系统在忽略空气阻力的情况下，取水平地血为重力势能零点，质量为ml的物体通过两光电门传感器过程系统：重力势能的减少量AEp=(m2-ml)gho系统动能的增加量AEk=(ml+m2)()2-(ml+m2)()2O要验证机械能守恒定律只需要比较AEp与AEk是否相等。若在实验误差允许的范围内AEp二AEk,则证明...