一個(gè)動(dòng)能與彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的小實(shí)驗(yàn)

陳光波

在教學(xué)中，多一點(diǎn)思考，多一點(diǎn)變化，往往也會(huì)多一點(diǎn)趣味。

筆者任教過的幾所學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室中有用來演示動(dòng)能與重力勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)器材滾擺，卻都沒有類似演示動(dòng)能與彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)器材。在滾擺的啟發(fā)下，筆者想到了一種可用來展示動(dòng)能與彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化的既好玩又直觀的分組實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)器材

每組橡皮筋一兩根，50 g的鉤碼兩三個(gè)。

2 實(shí)驗(yàn)過程

一手捏住橡皮筋的上端，另一只手將2個(gè)或3個(gè)鉤碼掛在豎起下垂的橡皮筋的下端。為了便于觀察鉤碼轉(zhuǎn)動(dòng)快慢的變化情況，最好不要將一個(gè)鉤碼掛在另一個(gè)鉤碼的下端，而是將它們大致掛在同一高度上。由于視覺暫留，當(dāng)鉤碼快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以看到一個(gè)快速轉(zhuǎn)動(dòng)的美麗的閃亮的旋渦。由于離心運(yùn)動(dòng)，鉤碼轉(zhuǎn)得越快，鉤碼水平舒展就越開，看到的轉(zhuǎn)動(dòng)的旋渦就越大，旋渦中心的空心圓圈也越大。轉(zhuǎn)動(dòng)鉤碼，或鉤碼不動(dòng)，擰橡皮筋的上端，使橡皮筋發(fā)生扭曲形變。松開抓鉤碼的手，觀察鉤碼的轉(zhuǎn)動(dòng)快慢與橡皮筋扭曲形變大小變化的關(guān)系，進(jìn)而導(dǎo)出鉤碼的動(dòng)能與橡皮筋彈性勢(shì)能大小的變化關(guān)系。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鉤碼轉(zhuǎn)得越來越快時(shí)，橡皮筋扭曲形變?cè)絹碓叫?；?dāng)鉤碼轉(zhuǎn)得越來越慢時(shí)，橡皮筋扭曲形變?cè)絹碓酱?。這樣，當(dāng)鉤碼的動(dòng)能增大時(shí)，橡皮筋的彈性勢(shì)能減?。划?dāng)鉤碼的動(dòng)能減小時(shí)，橡皮筋的彈性勢(shì)能增大。也就是說，在鉤碼轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，鉤碼的動(dòng)能與橡皮筋的彈性勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化。

該實(shí)驗(yàn)還可很方便地進(jìn)一步拓展，如可用它來演示或探究離心運(yùn)動(dòng)與向心力等。