巧用U型槽板验证机械能守恒
◎ 重庆市綦江区三江中学 李伟 罗德刚
物理学是以实验为基础的自然科学，物理实验是人类认识自然的一种重要活动，是进行科学研究的基础，因此物理实验的地位与作用就显得十分重要。
在验证机械能守恒的实验中，教材要求借助打点计时器，通过纸带测出重物某时刻的下落高度 和该时刻的瞬时速度 ，利用 ＝ ,即可验证机械能是否守恒．但是此实验中存在两个明显的系统误差，一个是物体下落过程中要受到阻力的作用，另一个是物体在对应时刻的瞬时速度v是利用平均速度来替代的。此实验比较好的解决方法就是利用光电门来替代打点计时器，这样可以减小实验误差，然而，对条件较差的农村中学却难以实现。
那么，如何设计出既简便又可操作的实验器材就显得非常重要。我们在“验证机械能守恒”实验中，选择了安装电线用的槽板将其制成U型槽；既满足材料易找、操作简单外，又可以定性定量研究“验证机械能守恒”实验。
如图所示将U型槽板放在水平桌面上，在其左端分别取四个点A1、A2、A3、A4，在右端取对应等高处B1、B2、B3、B4并记录其高度 、 、 、 ；让小钢球从U型槽一端的固定位置A1无初速度滚下，当小钢球滚到槽的另一端速度变为零时，并记录其位置C1并记录其高度 ；接着降低小球的高度，让小钢球再次从槽的下一个位置A2滚下，当小钢球滚到槽的另一端速度变为零时，取下小钢球并记录其位置C2并记录其高度 ；再降低高度并重复以上操作,小钢球分别达到C3、C4记录下其高度分别为 、 。

将获取的实验数据记录在下面的表格中：
位置
物理量
A1、B1
A2、B2
A3、B3
A4、B4
原高度 ( )
0.250 0.200 0.150 0.100
重力势能
0.25
0.20
0.15
0.10

位置
物理量
C1
C2
C3
C4
达到高度 ( )
0.213 0.171 0.136 0.094
重力势能
0.213
0.171
0.136
0.094

两端的重力势能差 0.037
0.029
0.014
0.006

通过实验数据分析可知，小钢球沿U型槽下滑过程中，必然要受到空气和斜面的摩擦阻力，小钢球在运动过程中肯定有能量损失，在滑槽另一端不可能达到与原位置的等高处，通过分析还发现小钢球分别从原位置A1、A2、A3、A4无初速度下滑过程中，随着初始位置的降低，小钢球达到滑槽另一端时的高度越来越接近原高度。因为小钢球从一端滑到另一端时，高度逐渐减小，在滑槽上移动的距离也逐渐减小，克服摩擦力和空气阻力做的功逐渐减少，机械能损失逐渐减少，所以小钢球达到的高度越来越接近等高处。以此类推，如果没有摩擦力和空气阻力，小钢球将会从一端滑到另一端的等高处。这样就验证了小钢球在只有重力做功时机械能是守恒的。