自动回转的“魔罐”

齐占波

一、实验要点

1. 实验装置：如图1所示。

2. 实验器材：罐子（金属或塑料罐），橡皮筋，钩码（或小铁块），竹签。

3. 实验过程：（1）在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过盖和底的小洞并用竹签固定起来;（2）使小铁块悬于罐体内;（3）将罐子从不太陡的斜面滚下。

4. 实验现象：罐子从不太陡的光滑斜面滚下后，向前继续滚动一段距离后停下来，接着会沿原路往回滚动，甚至会滚上斜面。

5. 原理分析：罐子从不太陡的光滑斜面滚下的过程中，在罐子和小铁块的共同作用下，橡皮筋会被卷紧，它的弹性势能持续增加，整个装置的运动速度先增大后减小。当整个装置静止时，橡皮筋的弹性势能最大。橡皮筋要恢复原状，其弹性势能又转化为罐子和小铁块的动能，所以罐子会沿原路往回滚动，甚至会滚上斜面。

二、实验拓展

弹簧门（如图2所示）是装有弹簧合页的门，开启后会自动关闭。这是由于门被推开后，弹簧被卷紧，具有弹性势能，放开手后弹性势能转化为门的动能，使门自动关上。

蹦床表演是运动员利用蹦床反弹来表现杂技技巧的运动，它属于体操运动的一种，有“空中芭蕾”之称。其原理与“魔罐”的自动回转类似，能够实现自动反弹。

三、典例解析

例1 如图3所示，在一个罐子的盖和底各开两个小洞，将小铁块用细绳绑在橡皮筋的中部穿入罐中，橡皮筋两端穿过小洞用竹签固定，做好后用力推，使它沿水平地面滚动，观察到的现象是（ ）。

A. 罐子滚动不远便很快停止运动

B. 罐子滚动比空罐子更长距离后才停止运动

C. 罐子滚动一段距离后又滚回原处并停止运动

D. 罐子在水平地面上来回滚动，直到停止运动

解析：用力推罐子的过程中对罐子做功，罐子具有了动能。罐子由快到慢运动过程中将自身的动能转化为橡皮筋的弹性势能，直至罐子静止时罐子的动能为零，橡皮筋的弹性势能最大。然后，橡皮筋的弹性势能又开始转化为罐子的动能，使罐子往回滚动，而且速度越来越快，当橡皮筋的弹性势能最小时，罐子的动能最大，速度最快，接着罐子又将自身的动能转化为橡皮筋的弹性势能。

如此往复，使罐子在水平地面上来回滚动。由于在弹性势能与动能相互转化的过程中要克服阻力做功，损失一部分能量，导致最后罐子的机械能全部转化为其他形式的能量而停止运动。

答案：D

例2 如图4中所示的蹦床表演，在演员从高处跳下落在蹦床上，又被弹起的过程中，下列说法不正确的是（ ）。

A. 蹦床弹性势能最大时，演员动能最小

B. 演员从接触蹦床到蹦床最大形变的过程中，受到的合力先减小后增大

C. 演員从高处落下到接触蹦床之前，重力势能转化为动能

D. 演员从接触蹦床到蹦床最大形变的过程中，只有动能和弹性势能的互相转化

解析：当演员接触蹦床到最低时，弹性势能最大，此时演员处于瞬时静止状态，所以动能最小，故A正确;演员从接触蹦床到蹦床最大形变的过程中，受的弹力逐渐增大，重力不变，先是弹力小于重力，合力逐渐减小，演员加速向下运动，然后弹力大于重力，合力逐渐增大，演员减速向下运动，所以合力先减小后增大，故B正确;演员从高处落下到接触蹦床之前，高度变小，重力势能变小，速度增加，动能变大，所以重力势能转化为动能，故C正确;因为演员从接触蹦床到蹦床最大形变的过程中，演员的高度仍在变小，重力势能变小，所以演员的重力势能和动能同时转化为弹性势能，而不是只有动能和弹性势能的互相转化，故D错误。

答案：D