探究橡皮泥的彈性形變實(shí)驗(yàn)

竇 林

（1.南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院，江蘇南京210097；2.南京市第29中學(xué)，江蘇南京210097）

探究橡皮泥的彈性形變實(shí)驗(yàn)

竇 林1，2

（1.南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院，江蘇南京210097；2.南京市第29中學(xué)，江蘇南京210097）

教學(xué)過程中，通常用彈簧演示彈性形變和范性形變，用橡皮泥演示范性形變.而橡皮泥是否會(huì)有彈性形變過程，本文將利用激光器和平面鏡等材料，采用放大法，對該問題進(jìn)行了研究.結(jié)果發(fā)現(xiàn)在橡皮泥的彈性限度以內(nèi)，也會(huì)發(fā)生彈性形變，超過它的彈性限度，它將發(fā)生范性形變.

彈性形變；范性形變；橡皮泥

1 引 言

在蘇科版物理八年級下第八章第一節(jié)“彈力”的教學(xué)過程中，教師通常是用橡皮泥和彈簧做演示實(shí)驗(yàn)來講解范性形變和彈性形變的.教師將橡皮泥放在手上，用手?jǐn)D壓橡皮泥，使橡皮泥的形狀發(fā)生變化，當(dāng)橡皮泥發(fā)生形變以后，它的形狀不能恢復(fù)到擠壓之前的形狀，這種形變就是范性形變.然后再手拉彈簧，使彈簧的長度伸長，當(dāng)松開手以后，彈簧又恢復(fù)到了原來的長度，這種形變就是彈性形變.接著教師會(huì)通過不斷加大拉力來拉彈簧，使彈簧發(fā)生范性形變，即松開手后，彈簧不能恢復(fù)到拉之前的長度，通過該實(shí)驗(yàn)說明，彈簧具有一定的彈性限度，在彈性限度以內(nèi)，彈簧會(huì)發(fā)生彈性形變，當(dāng)彈簧伸長的長度超過它的彈性限度時(shí)，彈簧會(huì)發(fā)生范性形變.在講授的過程中，筆者不禁有了這樣的疑問：是不是橡皮泥也具有一定的彈性限度呢？在橡皮泥的彈性限度以內(nèi)，橡皮泥是不是會(huì)發(fā)生彈性形變呢？

教材上是這樣給彈力下定義的：當(dāng)物體發(fā)生彈性形變時(shí)產(chǎn)生的力稱為彈力.壓力、拉力、支持力都屬于彈力.那么1塊木塊放在桌面上，由于木塊和桌面之間的擠壓，會(huì)使木塊和桌面都發(fā)生微小的形變，木塊發(fā)生的形變產(chǎn)生對桌面的壓力，而桌面產(chǎn)生的形變提供對木塊的支持力.當(dāng)然這個(gè)形變不能被直接觀測出來，可以通過書上的演示實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生看到桌子產(chǎn)生形變以后所產(chǎn)生的效果.教學(xué)過程中，筆者不禁有了這樣的思考，當(dāng)1塊橡皮泥放在桌面時(shí)，桌面會(huì)產(chǎn)生微小的形變而產(chǎn)生支持力，因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ?，桌面給橡皮泥支持力，那橡皮泥必然要給桌面壓力，這個(gè)壓力是哪兒來的呢？是不是橡皮泥產(chǎn)生范性形變而產(chǎn)生的力呢？但是壓力是彈力，而對彈力的定義是當(dāng)物體發(fā)生彈性形變時(shí)產(chǎn)生的力，橡皮泥給桌面的壓力既然是彈力，那這個(gè)彈力必然是橡皮泥發(fā)生彈性形變以后所產(chǎn)生的力.這與之前的假設(shè)產(chǎn)生了矛盾，是之前的假設(shè)錯(cuò)了呢？還是課本對彈力下的定義錯(cuò)了呢？為此，探究了橡皮泥彈性形變.

2 實(shí)驗(yàn)探究

首先，實(shí)驗(yàn)思路和教材上的觀測桌子微小形變是一致的（如圖1）.

在桌上放上1塊立方體的橡皮泥，橡皮泥塊的厚度為3cm，然后在在橡皮泥上面固定帶有底座的平面鏡，平面鏡與水平面的夾角是60°.這時(shí)在正對平面鏡處固定激光器.打開激光器，在正對著平面鏡的墻上會(huì)有激光光斑（墻與激光器的距離為5m），記下光斑的位置.然后向平面鏡的底座上加砝碼，增加平面鏡底座對橡皮泥的壓力，這時(shí)墻上的光斑會(huì)發(fā)生移動(dòng).然后取下放在平面鏡底座上的砝碼，發(fā)現(xiàn)光斑又回到原來的位置.通過此實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)橡皮泥在這個(gè)過程中發(fā)生的形變是彈性形變.表1為實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

圖1 觀測桌子微小形變

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過觀察表1，發(fā)現(xiàn)平面鏡對橡皮泥的壓力為1.6N時(shí)，橡皮泥發(fā)生的形變還是彈性形變，但是當(dāng)平面鏡對橡皮泥的壓力為1.7N時(shí)，橡皮泥發(fā)生的形變就變成了范性形變.

但是這組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就能說明問題嗎？會(huì)不會(huì)就是平面鏡底座發(fā)生的微小形變而導(dǎo)致的光斑移動(dòng)呢？因?yàn)轫来a是直接與底座接觸的，砝碼會(huì)給底座壓力，壓力必然會(huì)使底座產(chǎn)生微小形變，是不是底座的微小形變導(dǎo)致光斑發(fā)生移動(dòng)呢？于是筆者改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)儀器.

把平面鏡直接固定在橡皮泥上，然后使平面鏡與水平面成一定的角度（如圖2所示），這時(shí)打開激光器，墻上出現(xiàn)光斑，此時(shí)不好用砝碼，只好用鑷子向下按平面鏡.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也很明顯，光斑發(fā)生了很大的移動(dòng)，并且把力撤銷以后，光斑還能恢復(fù)到原位.用同樣的方法做了很多次的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中很難保證鑷子在對平面鏡施加壓力的過程中平面鏡與水平面的角度不發(fā)生改變.

圖2

于是又將實(shí)驗(yàn)做了改進(jìn)（如圖3所示），使平面鏡固定在橡皮泥上，但是使平面鏡與水平面的角度為90°，這時(shí)比較容易控制壓力，接著使激光器與水平面成一定角度，觀察打在墻面上的光斑.用這樣的方法又做了幾次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)光斑移動(dòng)得非常明顯.

圖3

通過以上的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)橡皮泥也是有一定的彈性限度的，在它的彈性限度以內(nèi)，橡皮泥所發(fā)生的形變是彈性形變，超過了它的彈性限度，它將會(huì)發(fā)生范性形變.可以通過以上的實(shí)驗(yàn)來觀測出橡皮泥所發(fā)生的彈性形變.

3 結(jié)束語

在做實(shí)驗(yàn)的過程中，筆者認(rèn)為橡皮泥的彈性限度應(yīng)該與橡皮泥周圍的溫度、濕度、橡皮泥的本身的柔軟程度、橡皮泥的厚度和鏡子的接觸面的大小以及本身的濕度都有很大的關(guān)系，所以本文只探究了橡皮泥是否會(huì)發(fā)生彈性形變，而沒有探究橡皮泥的彈性限度.

［1］ 張前軍.探究彈簧自重對形變量的影響［J］.物理實(shí)驗(yàn)，2010，30（2）：20－21.

［2］ 姜源，王維，徐菁華，等.演示記憶合金彈簧的形狀記憶效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)［J］.物理實(shí)驗(yàn)，2010，30（2）：31－33.

Exploring the elastic deformation of plasticene

DOU Lin1，2
（1.School of Teacher Education，Nanjing Normal University，Nanjing 210097，China；2.No.29Middle School of Nanjing，Nanjing 210097，China）

Usually，spring was used to demonstrate elastic deformation and plastic deformation，while plasticene was only used to demonstrate plastic deformation.In order to explore whether plasticene possessed elastic deformation，an amplification method was adopted by using laser and mirror.The experiment results indicated that within the elastic limit，it really had elastic deformation process，but after the elastic limit was exceeded，the plastic deformation occurred.

elastic deformation；plastic deformation；plasticene

G633.7

A

1005－4642（2012）08－0019－02

［責(zé)任編輯：尹冬梅］

2012－04－11

竇 林（1989－），男，江蘇揚(yáng)州人，南京市第29中學(xué)教師，教育碩士研究生，從事初中物理教學(xué)工作.