“質量不同小球從斜面同一高度滾下”的實驗創(chuàng)新

王青霞

(北京師范大學附屬中學　北京　100052)

“質量不同小球從斜面同一高度滾下”的實驗創(chuàng)新

王青霞

(北京師范大學附屬中學北京100052)

摘 要：對于不同質量小球從同一光滑斜面同一高度由靜止?jié)L下是否獲得相同速度的認知難題，利用自制的創(chuàng)新實驗裝置，給予了證明，突破了教學難點，取得良好效果．

關鍵詞：自制斜槽軌道同一高度速度相等

在“探究物體的動能跟哪些因素有關” 的實驗中，要探究物體動能與物體質量是否有關，在改變小球質量的同時，需控制不同質量的小球速度相同，具體做法是“讓不同質量的小球從同一光滑斜面同一高度由靜止?jié)L下”，認為小球到達斜面底端時速度相等．對此，初中學生不能理解，而教師往往也無法通過實驗證明．學生既缺乏理論知識，又沒有直觀感受，對此結論會心存疑慮．筆者在2013年北京市初中教師基本功大賽中，利用自制的本實驗裝置對該結論進行了證明．實驗取得了良好的效果，獲得北京市一等獎．

1所需器材

表1　所需器材

2制作方法

(1)斜槽主體部分：用電鉆在距鋁合金滑軌兩端0.4 m位置各鉆一個孔，用平頭螺絲釘將滑軌固定在長直木板(桑拿板)的中間位置，用墊塊在滑軌兩端將滑軌支起，使滑軌兩端形成兩個斜面．

(2)電磁鐵電路部分：將兩個電磁鐵分別放置在滑軌斜槽頂端，兩個電磁鐵串聯入由導線、電源、開關組成的電路中．

(3)滾球部分：所用4個小球均為鋼球，大小要以能在斜槽中自由滾動為準；3個實驗球A，B，C質量逐漸增大，檢驗球O質量與其中一個實驗球差不多即可．

(4)標桿部分：用剪刀剪下一個三角形紙片，用雙面膠將紙片粘在塑料桿上，做成小旗子，并在氣球座底粘一些橡皮泥增加其穩(wěn)定性．

完成后的裝置示意圖如圖1所示.

圖1　實驗裝置示意圖

圖2是實驗裝置的右半部分的實物照片．

圖2　右半部分實物照片

3實驗步驟

(1)閉合電磁鐵所在電路，在斜槽軌道兩端電磁鐵銜鐵處分別放置兩個小球，左端為實驗球A，右端為檢驗球O；斷開開關，釋放兩球，兩球在水平軌道某處相撞；用標桿標記相撞位置．

(2)重復步驟(1)，檢查、調整標桿位置，并在后面的步驟中不再移動標桿位置．

(3)用質量較大的B球代替A球，重復步驟(1)；觀察到B和O兩球也在標桿處相撞；

圖4

(4)用質量更大的C球代替B球，重復步驟(1)；觀察到C和O兩球依然在標桿處相撞．

圖5

4分析與結論

每個實驗步驟中，同一檢驗球O都從同一斜面同一高度處由靜止?jié)L下，因此各次實驗中檢驗球O的運動都是相同的；不同質量的小球A，B，C均與O球在相同位置相遇，說明A，B，C3個小球的運動也是相同的；由此就證明了“不同質量的小球從同一光滑斜面同一高度處由靜止?jié)L下，到達斜面底端時速度相等”．

5結語

(1) 3個實驗球A，B，C，由于質量不同，其體積也不同；在實驗過程中，由于體積較大，大球比小球位置靠前，造成大球與檢驗球O的碰撞位置比標記位置稍靠右一些 ．如果能夠找到空心鋼球，使小球外觀相同，實驗效果更好．

(2)增加一個可在槽內滑動的小滑塊，本套實驗裝置可以完成整套“探究物體的動能跟哪些因素有關”實驗；添加毛巾、棉布，并把斜槽軌道一端放平，可完成“阻力對物體運動的影響”實驗，實驗效果都非常好．

收稿日期：(2015-06-03)