動(dòng)能的大小與什么因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

熊建新

(武漢市楚才中學(xué) 湖北 武漢 430051)

探究動(dòng)能的大小與什么因素有關(guān)是初中物理的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，做好這個(gè)實(shí)驗(yàn)，有助于學(xué)生對(duì)能量、動(dòng)能的概念有感性認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步加深對(duì)控制變量法、轉(zhuǎn)換法的理解并學(xué)會(huì)應(yīng)用.

1 現(xiàn)用實(shí)驗(yàn)方案存在的問(wèn)題

通常的實(shí)驗(yàn)方案是教材上的做法：先讓同一小球從光滑斜面上不同高度由靜止?jié)L下(滾到斜面底端時(shí)速度的大小不同)，推動(dòng)放在水平板上同一位置的木塊；再讓質(zhì)量不同的小球從光滑斜面上同一高度由靜止?jié)L下(滾到斜面底端時(shí)速度的大小相同)，推動(dòng)放在水平板上同一位置的木塊.通過(guò)比較木塊被推動(dòng)的距離來(lái)比較小球動(dòng)能的大小.實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題是，小球在滾下過(guò)程中容易偏離原運(yùn)動(dòng)方向，木塊在被推動(dòng)過(guò)程中發(fā)生偏轉(zhuǎn), 實(shí)驗(yàn)效果不佳.改用圓柱體實(shí)驗(yàn)，觀察發(fā)現(xiàn)，圓柱體從斜面的高處由靜止?jié)L下時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向有偏離，木塊在被推動(dòng)過(guò)程中有偏轉(zhuǎn)，影響了實(shí)驗(yàn)效果.主要原因是斜面、水平板、圓柱體表面不太光滑, 圓柱體的形狀、尺寸精度不高.

2 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案

2.1 實(shí)驗(yàn)器材

方座支架(底座、立桿)4個(gè)，長(zhǎng)方體泡沫塊若干，正方體組中的木塊(邊長(zhǎng)約2.5 cm)2個(gè)，大鋼球，小鋼球，透明膠，彩色筆，刻度為1 m長(zhǎng)的木直尺，刻度為30 cm長(zhǎng)的鋼尺，剪刀.

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置組裝

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置組裝圖

2.3 實(shí)驗(yàn)裝置組裝調(diào)整說(shuō)明

從底座上擰下立桿，將4根立桿按圖1(a)所示擺放、對(duì)齊，注意立桿的螺紋部分朝外.將木直尺側(cè)放、緊貼兩桿外側(cè)，檢查并調(diào)整使斜桿、水平桿在一條直線上.將兩正方體木塊用透明膠包在一起，組成長(zhǎng)方體木塊，放在水平桿間如圖1(b)所示. 在斜桿與水平桿接縫處包上透明膠以減小阻力.適當(dāng)調(diào)整兩桿間的距離、斜桿的傾角，使小鋼球、大鋼球從最高處由靜止?jié)L下時(shí)能推動(dòng)長(zhǎng)方體木塊比較平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)，大鋼球推動(dòng)木塊能運(yùn)動(dòng)到接近水平桿末端最佳.特別要注意保證斜桿、水平桿在一條直線上.

2.4 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)組裝、調(diào)整好實(shí)驗(yàn)裝置；

(3)將大鋼球從斜軌上標(biāo)記處(由低到高)由靜止釋放，推動(dòng)放在水平軌間的長(zhǎng)方體木塊，測(cè)量記下長(zhǎng)方體木塊被推動(dòng)的距離；

(4)將小鋼球從斜軌上標(biāo)記處(由低到高)由靜止釋放，推動(dòng)放在水平軌間的長(zhǎng)方體木塊，測(cè)量記下長(zhǎng)方體木塊被推動(dòng)的距離.

2.5 實(shí)驗(yàn)記錄

表1 實(shí)驗(yàn)記錄表

注：H是斜軌最高處到水平桌面的距離.

2.6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

比較1,2,3或4,5,6次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，同一鋼球越從高處由靜止開(kāi)始滾下，滾到斜軌底端時(shí)運(yùn)動(dòng)的速度越大，球推動(dòng)木塊運(yùn)動(dòng)的距離越長(zhǎng)，球?qū)δ緣K做的功越多，具有的動(dòng)能越大，結(jié)論是：質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動(dòng)的速度越大，它的動(dòng)能越大.

比較1,4或2,5或3,6 次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，兩鋼球從斜軌上同一高度由靜止開(kāi)始滾下(滾到斜軌底端時(shí)運(yùn)動(dòng)的速度大小相同)，大鋼球推動(dòng)木塊運(yùn)動(dòng)的距離較長(zhǎng)，對(duì)木塊做的功較多，大鋼球具有的動(dòng)能比小鋼球大，結(jié)論是：運(yùn)動(dòng)速度相同的物體，質(zhì)量越大，它的動(dòng)能越大.

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案優(yōu)點(diǎn)

所需器材少，組裝容易，調(diào)整方便，鋼球推動(dòng)木塊在軌道上一起運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊不會(huì)出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)、出軌現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，實(shí)驗(yàn)時(shí)間短.