《影响动能、势能大小的因素》演示器

李 曜

(安徽省蚌埠第六中学 安徽蚌埠 233000)

引 言

《动能和势能》是人教版八年级物理下册第十一章第三节内容，其中涉及两个实验：《探究影响动能大小的因素》《探究影响重力势能大小的因素》。教材设计存在下列问题：1.滚动的钢球路径容易发生偏移；2.重物下落轨迹不确定导致四只桌脚下陷深度不同；3.弹性势能的讲解，无相关实验。针对上述问题，笔者自制了一套教具贯穿整个教学过程，达到“一物多用”的目的。

一、演示器的主要零件

图1《影响动能、势能大小的因素》演示器

①旗帜标签；②橡皮筋；③木板；④圆柱体木块；⑤大钢球、小钢球；⑥轨道(宽约2cm线槽)；⑦PVC管；⑧背景纸；⑨桌脚垫；⑩大铁钉；⑾魔力擦。

二、零件的选材

(一)轨道、小球、圆柱体、旗帜标签

我们选用线槽作为运行轨道，其原因：1.线槽可塑性较强，弯曲形成斜面可以实现“无缝对接”；2.线槽表面粗糙程度几乎相同，宽度与钢球的直径接近，方便控制小球沿轨道运行。我们将圆柱体木块用创可贴包裹来增大粗糙程度，使其运动距离不至于过长。两者之间发生完全非弹性碰撞，钢球推着圆柱体木块运动。这能使学生感受到做功过程凸显能量的概念。[1]我们在研究重力势能时，仍然选择钢球作为研究对象。旗帜标签用于标记圆柱体的初始位置和最终位置。

(二)PVC管、魔力擦、大铁钉、桌脚垫、背景纸

我们选择PVC管作为下落管道可固定钢球的下落轨迹。其分成两段的目的是为了让钢球从不同的高度下落，让学生探究重力势能与高度的关系。演示器在铁钉头处贴上桌脚垫，由于魔力擦的质地略硬，铁钉陷入其中能保持直立，便于读数；背景格数反映铁钉陷入海绵的深度，便于比较重力势能的大小。

(三)橡皮筋

我们在轨道末端加装橡皮筋，搭配圆柱体木块即可探究弹性势能相关实验。

三、使用方法

(一)探究影响动能大小的因素

我们用空旗帜标记圆柱体初始位置，让它每次都从相同的位置开始运动。实验将同一小球分别由不同高度静止释放，分别用旗帜标记圆柱体的最终位置，如图2所示，再将质量不同的两个小球由相同位置静止释放，分别用旗帜标记圆柱体的最终位置。圆柱体被推出的距离反映出小球到达水平面时的动能大小。[2]

图2 动能大小与速度的关系

(二)探究影响重力势能大小的因素

实验将铁钉头放在初始“0”位置，将质量不同的两个小球由相同位置静止释放，如图3所示，记录铁钉下降的格数；再将同一个小球由不同高度静止释放，如图4所示，记录铁钉下降的格数。铁钉下降的格数可反映出小球具有的重力势能大小。

(三)探究弹性势能与弹性形变程度的关系

我们先后用圆柱体对橡皮筋施加大小不同的力，橡皮筋发生弹性形变程度不同，如图5所示；松手后，圆柱体被弹开，分别用旗帜1、2标记两次圆柱体在轨道的最终位置。圆柱体被弹开的距离反映橡皮筋形变时具有的弹性势能大小。

图5 橡皮筋发生形变

四、结束语

本套装置一体化程度高，操作简单、实验现象明显，有助于学生理解物理实验规律。这不仅大大地提高了课堂实验的成功率，还补充了关于弹性势能的实验。