利用计算机探究机械能守恒定律的教学设计，本文主要内容关键词为：机械能论文,守恒定律论文,教学设计论文,计算机论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
问题提出：在物体仅受重力作用的运动过程中，其重力势能和动能相互转化，在转化过程中总的机械能是否保持不变呢？我们设计一个实验来研究这个问题.
研究方案：如图1所示，以做自由落体运动的重锤为研究对象，需要测量的量是重锤在不同位置所具有的动能和势能.问题的关键是如何记录重锤在不同时刻的位置，我们选择图2电磁打点计时器的实验设置，让重锤拖曳纸带，打点计时器每隔0.02秒在纸带上打一个点，这些点就记录了重锤在不同时刻的位置，通过测量分析这些点痕，可以得到重锤在不同位置所具有的动能和势能.
打点的纸带如图1，忽略前面几个比较密集的点，从某一点开始标号，则测量速度的方法是：
则证明减少的重力势能全转化为动能数据处理：实验获得的数据如表1所示，在纸带上标明计数点时，先选取一点标为0，再隔一点标点1，以此类推，标十个左右的计数点，这样相邻计数点间隔时间是T=0.04秒.
表1 纸带数据记录及处理结果
（1）速度的计算：编写一个MATLAB程序，计算出重锤在7个点的速度值，把结果填入表1.
计算速度的MATLAB程序：
h=[48.6 79.1 110.3 141 172.2 204.3 235.3]/1000；
T=0.04
v=h/（2*T）
（2）动能的计算：利用上面的速度值，编写MATLAB程序，计算出重锤在7个点的动能，及各点相对点1的动能增加量：把结果填入表1.
计算动能增加的MATLAB程序：
v=[0.61 0.99 1.38 1.76 2.15 2.55 2.94]
m=1；
Ek=m*v.*v/2
dEk=Ek－Ek（1）
（3）重力势能的计算：根据表1的高度差值，编写MATLAB程序，计算各点相对点1减少的重力势能，把结果填入表1.
计算重力势能减少的MATLAB程序：
h=[32.1 79.1 142.4 220.1 314.6 424.4]/1000；
m=1；
g=9.8
=m*g*h
结果评估：观察表1，发现重力势能的减少量与动能的增加量符合程度很好，前者稍微大于后者，原因是阻力做功消耗了一部分机械能.左侧图3显示重力势能随时间减少，动能随时间增加，但总机械能保持不变.研究结果表明，在物体仅受重力作用的运动过程中，机械能保持不变.
