在黑板上做機(jī)械能守恒定律的演示實驗

應(yīng)周武

摘要：利用磁體吸引鐵質(zhì)黑板的特性，設(shè)計了以黑板為背景的鋼球擺動實驗。實驗時能多次調(diào)節(jié)擋繩的“釘子”位置，實驗現(xiàn)象明顯，趣味性強(qiáng)，能較好地說明機(jī)械能守恒定律。

關(guān)鍵詞：磁體：位置；機(jī)械能

中圖分類號：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-6148（2014）5（S）-0077-1

1 實驗器材

兩塊圓環(huán)柱形磁體（厚度1.0cm，內(nèi)直徑2.5cm，外直徑5.0cm）。二根長約80em的細(xì)線。一只直徑1.2cm的鋼球，四顆圓柱形強(qiáng)磁體（吸在一起總厚度2.0cm。直徑0.9cm）。一只直徑約1cm的泡沫球。

2 實驗裝置

（1）一根長約80cm的細(xì)線一端固定鋼球，另一端打結(jié)并夾在兩塊圓環(huán)磁體之間。

（2）將圓環(huán)磁體放置在黑板上較高的位置（固定單擺的懸掛點）。

3實驗過程

3.1鋼球擺動過程的受力、做功和能量分析

演示：將鋼球拉到細(xì)繩與豎直方向約30°位置，用粉筆記下此時的位置為A，釋放鋼球，鋼球能擺到右端最高點記為B。用粉筆畫出一條較長的水平直線，鋼球擺動二周后用左手拿住鋼球。

師生要解決的問題：（1）鋼球在擺動過程中受什么力的作用？拉力有沒有做功？為什么？（2）鋼球從A點擺到最低點過程中。重力做什么功？重力勢能，動能如何變化？鋼球從最低點擺到B的過程中，重力做什么功？重力勢能。動能如何變化？

3.2鋼球擺動過程遇到釘子時候的受力、做功和能量分析

提問：如果鋼球在擺動過程中細(xì)繩遇到一枚釘子，鋼球還能到達(dá)最高點嗎？

演示：用四顆強(qiáng)磁體做為“釘子”，放在圓柱形磁體下方約20厘米處。把鋼球拉到A點釋放。擺動二周后用左手拿住鋼球。

演示：“釘子”向下移動約20厘米，把鋼球拉到A點再次釋放，擺動二周后用左手拿住鋼球?！搬斪印痹傧蛳乱苿蛹s20厘米，重做實驗。

師生要解決的問題：不論“釘子”在哪個位置，鋼球都能擺到相同的高度，從能量角度分析說明了什么呢？

3.3泡沫球擺動過程遇到釘子時候的受力、做功和能量分析

提問：如果把鋼球換成泡沫球，還能擺到相同的高度B嗎？

演示：把一端掛有泡沫球同樣長的細(xì)繩的另一端夾在二塊圓環(huán)磁體之間，同樣的把泡沫球拉到A點釋放。

師生要解決的問題：泡沫球為什么不能擺到相同的高度呢？

教師強(qiáng)調(diào)：空氣阻力做功，機(jī)械能不守恒。

提問：如果鋼球擺動過程是緊貼在黑板上的，還能擺到相同的高度B嗎？

教師強(qiáng)調(diào)：黑板阻力做功，機(jī)械能不守恒。

4 實驗亮點

（1）以黑板為背景的鋼球擺動實驗，可見度很大，觀察到的現(xiàn)象很明顯，操作也很方便。

（2）實驗的趣味性強(qiáng)，泡沫球的擺動使學(xué)生覺得很可笑，說明了泡沫球的擺動大大出乎學(xué)生的意料，從而加深了對空氣阻力的作用效果的認(rèn)識，讓學(xué)生深刻體會到何時空氣阻力是必須考慮的，何時空氣阻力是可以忽略的。

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