一个动能与弹性势能相互转化的小实验

陈光波

在教学中，多一点思考，多一点变化，往往也会多一点趣味。

笔者任教过的几所学校的实验室中有用来演示动能与重力势能相互转化的实验器材滚摆，却都没有类似演示动能与弹性势能相互转化的实验器材。在滚摆的启发下，笔者想到了一种可用来展示动能与弹性势能相互转化的既好玩又直观的分组实验。

1 实验器材

每组橡皮筋一两根，50 g的钩码两三个。

2 实验过程

一手捏住橡皮筋的上端，另一只手将2个或3个钩码挂在竖起下垂的橡皮筋的下端。为了便于观察钩码转动快慢的变化情况，最好不要将一个钩码挂在另一个钩码的下端，而是将它们大致挂在同一高度上。由于视觉暂留，当钩码快速转动时，可以看到一个快速转动的美丽的闪亮的旋涡。由于离心运动，钩码转得越快，钩码水平舒展就越开，看到的转动的旋涡就越大，旋涡中心的空心圆圈也越大。转动钩码，或钩码不动，拧橡皮筋的上端，使橡皮筋发生扭曲形变。松开抓钩码的手，观察钩码的转动快慢与橡皮筋扭曲形变大小变化的关系，进而导出钩码的动能与橡皮筋弹性势能大小的变化关系。

3 实验结论

实验发现，当钩码转得越来越快时，橡皮筋扭曲形变越来越小；当钩码转得越来越慢时，橡皮筋扭曲形变越来越大。这样，当钩码的动能增大时，橡皮筋的弹性势能减小；当钩码的动能减小时，橡皮筋的弹性势能增大。也就是说，在钩码转动的过程中，钩码的动能与橡皮筋的弹性势能相互转化。

该实验还可很方便地进一步拓展，如可用它来演示或探究离心运动与向心力等。