探究重力勢能的創新實驗設計

摘要:本文給出了一個測定重力勢能大小的創新實驗裝置設計。

關鍵詞:重力勢能;創新;實驗設計

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2010)2(S)-0079-1

重力勢能是初中物理中一個非常重要的概念，也是培養學生探究能力的一個很好的素材。筆者受到打樁機模型的啟發，制作了一套用于探究重力勢能的大小與哪些因素有關的實驗裝置。現介紹如下，以饗讀者。

實驗裝置的主要部分是小鋼球，裹布木塞和兩端開口玻璃管。小鋼球相當打樁機上的重錘。裹布木塞相當于打樁時的木樁。玻璃管相當于大地。其它部分有鐵架臺、直尺、定位孔、調位線等。如圖1所示。

1 制作方法:

找到一根內徑均勻玻璃管(可由實驗室廢舊量筒去底得到)。將保溫瓶上的軟木塞用刀子加工成直徑比玻璃管內徑稍小的圓柱體。然后裹上適當的棉布放入玻璃管中。為了能調整木塞的位置，可在木塞中心固定一根細線。命名為調位線。將紅色的粘貼紙剪成細條，以1cm為間隔均勻地貼在玻璃管上。這樣可以清楚地看出木塞移動的距離。找一小塊硬質塑料片，用針鉆一小孔，用于固定小鋼球下落的位置。命名為定位孔。把有關器材按圖1所示的方法固定在鐵架臺上。調整相對位置即可。

2 實驗過程:

采用控制變量法，提高不同質量的鋼球到不同的高度，松手讓鋼球自由下落撞擊木塞，鋼球對木塞做功，推動其下滑。木塞下滑的距離越大，說明被提高的鋼球具有的重力勢能就越大。

3 實驗特點:

(1)簡易直觀。所用器材全部源于實驗室和生活中的常見物品，易于加工，組裝簡單，便于推廣。木塞下滑距離清晰可見，演示效果明顯。(2)可以進行定量研究。可用彈簧測力計拉動木塞，測量出木塞在玻璃管中的滑動摩擦力，然后通過測量木塞下滑的距離，計算出鋼球對木塞做功的多少來定量分析其重力勢能的大小。

(欄目編輯張正嚴)