《影響動能、勢能大小的因素》演示器

李 曜

(安徽省蚌埠第六中學(xué) 安徽蚌埠 233000)

引 言

《動能和勢能》是人教版八年級物理下冊第十一章第三節(jié)內(nèi)容，其中涉及兩個實驗：《探究影響動能大小的因素》《探究影響重力勢能大小的因素》。教材設(shè)計存在下列問題：1.滾動的鋼球路徑容易發(fā)生偏移；2.重物下落軌跡不確定導(dǎo)致四只桌腳下陷深度不同；3.彈性勢能的講解，無相關(guān)實驗。針對上述問題，筆者自制了一套教具貫穿整個教學(xué)過程，達到“一物多用”的目的。

一、演示器的主要零件

圖1《影響動能、勢能大小的因素》演示器

①旗幟標(biāo)簽；②橡皮筋；③木板；④圓柱體木塊；⑤大鋼球、小鋼球；⑥軌道(寬約2cm線槽)；⑦PVC管；⑧背景紙；⑨桌腳墊；⑩大鐵釘；⑾魔力擦。

二、零件的選材

(一)軌道、小球、圓柱體、旗幟標(biāo)簽

我們選用線槽作為運行軌道，其原因：1.線槽可塑性較強，彎曲形成斜面可以實現(xiàn)“無縫對接”；2.線槽表面粗糙程度幾乎相同，寬度與鋼球的直徑接近，方便控制小球沿軌道運行。我們將圓柱體木塊用創(chuàng)可貼包裹來增大粗糙程度，使其運動距離不至于過長。兩者之間發(fā)生完全非彈性碰撞，鋼球推著圓柱體木塊運動。這能使學(xué)生感受到做功過程凸顯能量的概念。[1]我們在研究重力勢能時，仍然選擇鋼球作為研究對象。旗幟標(biāo)簽用于標(biāo)記圓柱體的初始位置和最終位置。

(二)PVC管、魔力擦、大鐵釘、桌腳墊、背景紙

我們選擇PVC管作為下落管道可固定鋼球的下落軌跡。其分成兩段的目的是為了讓鋼球從不同的高度下落，讓學(xué)生探究重力勢能與高度的關(guān)系。演示器在鐵釘頭處貼上桌腳墊，由于魔力擦的質(zhì)地略硬，鐵釘陷入其中能保持直立，便于讀數(shù)；背景格數(shù)反映鐵釘陷入海綿的深度，便于比較重力勢能的大小。

(三)橡皮筋

我們在軌道末端加裝橡皮筋，搭配圓柱體木塊即可探究彈性勢能相關(guān)實驗。

三、使用方法

(一)探究影響動能大小的因素

我們用空旗幟標(biāo)記圓柱體初始位置，讓它每次都從相同的位置開始運動。實驗將同一小球分別由不同高度靜止釋放，分別用旗幟標(biāo)記圓柱體的最終位置，如圖2所示，再將質(zhì)量不同的兩個小球由相同位置靜止釋放，分別用旗幟標(biāo)記圓柱體的最終位置。圓柱體被推出的距離反映出小球到達水平面時的動能大小。[2]

圖2 動能大小與速度的關(guān)系

(二)探究影響重力勢能大小的因素

實驗將鐵釘頭放在初始“0”位置，將質(zhì)量不同的兩個小球由相同位置靜止釋放，如圖3所示，記錄鐵釘下降的格數(shù)；再將同一個小球由不同高度靜止釋放，如圖4所示，記錄鐵釘下降的格數(shù)。鐵釘下降的格數(shù)可反映出小球具有的重力勢能大小。

(三)探究彈性勢能與彈性形變程度的關(guān)系

我們先后用圓柱體對橡皮筋施加大小不同的力，橡皮筋發(fā)生彈性形變程度不同，如圖5所示；松手后，圓柱體被彈開，分別用旗幟1、2標(biāo)記兩次圓柱體在軌道的最終位置。圓柱體被彈開的距離反映橡皮筋形變時具有的彈性勢能大小。

圖5 橡皮筋發(fā)生形變

四、結(jié)束語

本套裝置一體化程度高，操作簡單、實驗現(xiàn)象明顯，有助于學(xué)生理解物理實驗規(guī)律。這不僅大大地提高了課堂實驗的成功率，還補充了關(guān)于彈性勢能的實驗。