李 曜

(安徽省蚌埠第六中學(xué) 安徽蚌埠 233000)

引 言

《動(dòng)能和勢(shì)能》是人教版八年級(jí)物理下冊(cè)第十一章第三節(jié)內(nèi)容，其中涉及兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：《探究影響動(dòng)能大小的因素》《探究影響重力勢(shì)能大小的因素》。教材設(shè)計(jì)存在下列問(wèn)題：1.滾動(dòng)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(shì)能的講解，無(wú)相關(guān)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)上述問(wèn)題，筆者自制了一套教具貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，達(dá)到“一物多用”的目的。

一、演示器的主要零件

圖1《影響動(dòng)能、勢(shì)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(yùn)行軌道，其原因：1.線槽可塑性較強(qiáng)，彎曲形成斜面可以實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫對(duì)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(yùn)行。我們將圓柱體木塊用創(chuàng)可貼包裹來(lái)增大粗糙程度，使其運(yùn)動(dòng)距離不至于過(guò)長(zhǎng)。兩者之間發(fā)生完全非彈性碰撞，鋼球推著圓柱體木塊運(yùn)動(dòng)。這能使學(xué)生感受到做功過(guò)程凸顯能量的概念。[1]我們?cè)谘芯恐亓?shì)能時(shí)，仍然選擇鋼球作為研究對(duì)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(shì)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(shì)能的大小。

(三)橡皮筋

我們?cè)谲壍滥┒思友b橡皮筋，搭配圓柱體木塊即可探究彈性勢(shì)能相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

三、使用方法

(一)探究影響動(dòng)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(kāi)始運(yùn)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)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(gè)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(dá)水平面時(shí)的動(dòng)能大小。[2]

圖2 動(dòng)能大小與速度的關(guān)系

(二)探究影響重力勢(shì)能大小的因素

實(shí)驗(yàn)將鐵釘頭放在初始“0”位置，將質(zhì)量不同的兩個(gè)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(gè)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(shì)能大小。

(三)探究彈性勢(shì)能與彈性形變程度的關(guān)系

我們先后用圓柱體對(duì)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(kāi)，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(kāi)的距離反映橡皮筋形變時(shí)具有的彈性勢(shì)能大小。

圖5 橡皮筋發(fā)生形變

四、結(jié)束語(yǔ)

本套裝置一體化程度高，操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，有助于學(xué)生理解物理實(shí)驗(yàn)規(guī)律。這不僅大大地提高了課堂實(shí)驗(yàn)的成功率，還補(bǔ)充了關(guān)于彈性勢(shì)能的實(shí)驗(yàn)。