利用自制教具改進“動能、勢能、機械能”實驗

摘 要：“探究動能、勢能大小與哪些因素有關”是蘇科版九年級《動能勢能機械能》一節中重要的教學活動.實驗器材的選用是否合理、實驗現象是否鮮明，很大程度上影響著學生探究學習的效果.筆者針對蘇科版教材中本節實驗裝置的不足，對實驗裝置進行了改進和創新，自制一套綜合性教具，取得較好的實驗效果，在省優課比賽中獲得多位專家的一致好評.

關鍵詞：動能;勢能;實驗;改進;創新

中圖分類號：G632????? 文獻標識碼：A????? 文章編號：1008-0333（2021）02-0051-02

收稿日期：2020-10-15

作者簡介：施邱瑾（1988.3-），女，江蘇省南通人，本科，中學一級教師，從事中學物理教學研究.

物理是一門以實驗為基礎的學科.實驗教學貫穿于整個物理學習中，是物理教學的重要手段.物理實驗生動、鮮明、可見度高，不僅能向學生提供豐富的感性材料，而且能形象、直觀地揭示物理概念和物理規律的本質，進而激發學生學習熱情，促進學生能力提升.現行初中物理教材的大部分實驗操作性強、效果顯著，但也有少部分實驗，在實際操作中不易成功或現象不明顯，對物理教學產生一定的影響.筆者通過自身反復實踐，對蘇科版第十二章第一節《動能勢能機械能》的實驗裝置進行了一些改進與開發，克服了原實驗裝置中的不足，提高了實驗的成功率，取得較好的課堂教學效果.

一、教材裝置的缺陷分析

1.動能影響因素探究實驗的不足

如圖1所示，課本是以運動的小車為研究對象，木塊為觀察對象進行實驗探究的.這些實驗器材取材方便，但若學生實驗，會存在以下幾個問題：

（1）實驗中小車運動的軌跡不一定是直線，會出現偏離軌道或無法保證成功撞擊到木塊中心;

（2）車從斜面上運動到水平面時有撞擊，能量有所損失，加之木塊質量較大，木塊被推出的距離短，做功現象不明顯;

（3）用一個木板進行實驗探究，只能觀察到一次現象，對木塊移動距離的比較不是很直觀.

2.重力勢能影響因素探究實驗的不足如圖2所示，課本是以“模擬打樁”的活動，以木塊為重錘，小桌為樁，通過小桌子陷入沙坑中的深度來反映重力勢能的大小.但本實驗有也有不足之處：

（1）重錘從一定高度自由下落時，無法保證恰巧撞落在小桌中心，導致小桌歪斜，四只桌腿的下陷深度明顯不同，導致難以觀察或實驗無效;

（2）小桌下陷距離現象不明顯，不管是測量還是做標記，比較時不很直觀.

3.資源利用率低

課本中的實驗器材比較多，準備起來比較麻煩.而且每個器材基本都是只用一次，無法達到重復使用的目的.? 二、實驗裝置的改進與創新

出于以上問題的思考，基于對實驗直觀、明顯、簡單、可靠的改進原則，筆者對器材進行了如下的改進與創新.

1.實驗器材準備

器材：6mm直徑的不銹鋼管、30g塑料球一個、130g鋼球兩個、50g塑料瓶兩個（裝有沙子）、彈簧、直徑60mm的塑料小桶、不銹鋼文具夾、木夾子等，見圖3.制作：①截取4根1米長的不銹鋼管，按比例制成一部分水平一部分傾斜的兩列平行導軌，斜面與水平面約成30°，銜接處壓制成圓弧狀.②將直徑60mm的塑料小桶沿一直徑進行穿孔（位置在開口附近處），用銅絲將兩不銹鋼文具夾反方向固定在兩開口處，如圖4所示.

2.探究動能大小的影響因素

本裝置以小球代替小車，瓶子代替木塊，通過瓶子被球推出的距離反映動能的大小.圖5為“探究動能大小與速度關系”的過程，圖6為“探究動能大小與質量關系”的過程，均取得較為理想的教學效果.

改進后的優點：

（1）軌道保證了小球的運動路線，確保小球準確無誤撞擊到瓶子中心;

（2）可以通過裝有沙子多少控制瓶子的質量，使球始終推動瓶子向前運動，不會在推動過程中反彈，且鋼球推動瓶子運動距離長，做功現象非常明顯;

（3）雙軌設計可使兩球同時實驗，現象更直觀明顯，直接比較，無須測量或作標記;

（4）可以直觀的演示信息快遞中的內容，使學生對于“從斜面同一高度靜止釋放的小球會不會因質量不等而速度不同”的疑慮消除.

3.探究重力勢能大小的影響因素

如圖7所示，把裝置豎直放置，利用文具夾將直徑為60mm的塑料小桶安裝在中間的大軌道，塑料小桶可上下活動.將塑料小桶比作樁，將小球比作重錘，即可以進行重力勢能影響因素的探究實驗.

（1）探究重力勢能大小與高度的關系（如圖8所示）

將一個鋼球從不同高度自由釋放，觀察小桶被球推落距離的長短，利用木夾子作標記展示出小桶下落距離，直觀比較兩球重力勢能的大小.

（2）探究重力勢能大小與質量的關系（如圖9所示）

將一個鋼球與一個塑料球從同一高度自由釋放，觀察小桶被球推落距離的長短，根據木夾子標記位置比較兩球重力勢能的大小.

改進后的優點：

（1）可視度高：能清晰看出小球使桶下落了一段距離，做功現象明顯;

（2）操作容易：小球只要落入瓶中，不用擔心瓶子歪斜不易比較的問題;

（3）便于對比：通過夾子做標記，可容易控制小球下落的高度相同或不同，同時直觀地比較小桶下落距離的長短.

4.探究彈性勢能大小的影響因素

在水平軌道尾部卡一彈簧（將彈簧焊接一鐵片，將鐵片壓制出一凹槽鑲嵌在尾部支架上，以增強彈簧穩定性），用瓶子壓彈簧，使彈簧的彈性形變大小不同，松手后觀察瓶子被彈出的距離，即可演示物體彈性勢能與彈性形變大小的關系，見圖10、圖11所示.

5.觀察動能和勢能的相互轉化

在水平軌道的末端固定彈簧，讓鐵球從坡頂自由滾入水平軌道，觀察到球滾動至水平軌道末端，與彈簧碰撞后球又被反彈的過程，說明動能與勢能之間可以相互轉化，如圖12所示.

以上實驗裝置的改進，與教材實驗裝置相比，實驗操作簡單，能清晰顯示實驗現象，直觀、完整地證明物理規律.而且創新裝置彌補了教材實驗組合的不足，一個器材可做多個實驗，利用率高，起到節時高效的教學效果.

? 參考文獻：

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[責任編輯：李 璟]