吳明杰

國(guó)標(biāo)?人教版（必修2）《高中實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)》中探究性實(shí)驗(yàn)六“探究橡皮筋的彈性勢(shì)能與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系”的原理是：當(dāng)小車(chē)平衡了摩擦?xí)r，橡皮筋拉力對(duì)小車(chē)做功把其彈性勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為小車(chē)的動(dòng)能后，小車(chē)開(kāi)始以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小車(chē)的動(dòng)能E_k=1/2mv²。即等于開(kāi)始時(shí)橡皮筋儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能E_p，所以探究橡皮筋彈性勢(shì)能與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系就可以轉(zhuǎn)化為探究小車(chē)v²與橡皮筋伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系了。

但在學(xué)生實(shí)際操作時(shí)，存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是學(xué)生對(duì)動(dòng)能只是在初中學(xué)過(guò)其概念，此時(shí)還沒(méi)有學(xué)到動(dòng)能表達(dá)式，因而對(duì)E_k=1/2mv²感到很突兀，從內(nèi)心對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案存在一定的疑惑。二是學(xué)生在分析紙帶時(shí)，對(duì)于紙帶上打哪些點(diǎn)小車(chē)做勻速運(yùn)動(dòng)，不容易準(zhǔn)確判斷，從而產(chǎn)生數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)的誤差。三是雖然操作前平衡了摩擦，但是實(shí)際操作時(shí)由于一些偶然因素的影響，又會(huì)產(chǎn)生摩擦，使實(shí)驗(yàn)的誤差增大。比如，操作時(shí)如果沒(méi)注意調(diào)整，使打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔、紙帶、小車(chē)的運(yùn)動(dòng)方向不在一條直線上，此時(shí)摩擦對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響就比較大。四是該實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)的過(guò)程繁瑣，學(xué)生耗時(shí)較多。

為了解決上述問(wèn)題，使實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，誤差減小，本人對(duì)該實(shí)驗(yàn)的方案做了以下改進(jìn)：實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，此裝置中木板水平放置，小車(chē)摩擦力不需要平衡。當(dāng)釋放小車(chē)后，由于摩擦阻力的作用，小車(chē)最終停下來(lái)。由于學(xué)生在初中已經(jīng)知道摩擦生熱現(xiàn)象，并且在學(xué)習(xí)本章第一課時(shí)通過(guò)對(duì)“問(wèn)題與練習(xí)”中問(wèn)題的討論、分析，很容易接受橡皮筋儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能通過(guò)克服摩擦力做功全部轉(zhuǎn)變成了內(nèi)能這一事實(shí)。而摩擦力做功公式為W=F_f?S，所以橡皮筋儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能可表達(dá)為E璸=F_f?S。S是小車(chē)從釋放到停止所運(yùn)動(dòng)的位移，若小車(chē)的質(zhì)量不變，則認(rèn)為小車(chē)在水平面上所受的摩擦力不變。所以探究橡皮筋彈性勢(shì)能與伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系就可以用探究小車(chē)運(yùn)動(dòng)距離和橡皮筋伸長(zhǎng)量之間的關(guān)系來(lái)代替了。另外該實(shí)驗(yàn)依然是采用圖象法處理數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)記錄、處理數(shù)據(jù)所需的表格如表1所示。

該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：①不需要再平衡摩擦力，并且摩擦力還是必須的。②不再使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，避免了由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所帶來(lái)一些誤差。③避開(kāi)了沒(méi)學(xué)過(guò)的知識(shí)E_k=1/2mv²，不顯突兀，學(xué)生從心理上能夠接受實(shí)驗(yàn)方案。④也不要再分析紙帶，大大減輕了所需記錄處理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)量（如表1所示），使學(xué)生把主要精力、時(shí)間放在了實(shí)驗(yàn)的“探究”上。

該方案在實(shí)際操作時(shí)，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①細(xì)繩長(zhǎng)度適當(dāng)大一些，保證小車(chē)在運(yùn)動(dòng)到碰到細(xì)繩的固定點(diǎn)O前停止。②小車(chē)質(zhì)量適當(dāng)大一些（可配重），使小車(chē)受到的摩擦力大一些，這樣小車(chē)運(yùn)動(dòng)的距離不至過(guò)大，便于測(cè)量多組數(shù)據(jù)。但是摩擦力也不可太大，否則小車(chē)釋放后，運(yùn)動(dòng)距離較小，就會(huì)增大實(shí)驗(yàn)誤差。（本人實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的小車(chē)質(zhì)量為400g，又配了500g的鉤碼）③在細(xì)繩上另外再系一根細(xì)繩（如圖1），實(shí)驗(yàn)時(shí)用手輕輕拎著以防止橡皮筋恢復(fù)原長(zhǎng)后，堆積在桌面上，阻礙小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，造成較大的誤差。④是長(zhǎng)木板必須保持水平，防止重力勢(shì)能參與彈性勢(shì)能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化，增大系統(tǒng)誤差。

經(jīng)以上改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，效果明顯，深受學(xué)生歡迎。

(欄目編輯王柏廬)