引入背景:
一些儿童在玩玩具时,也隐含着很多精彩的物理现象。
实验器材:
一个塑料弹力圈(当然还可能有其他的叫法,如下图的彩色图片所示),一块长木板,一块垫板。
实验步骤:
(1)用垫板将长木板的一端垫起适当的高度(要通过实验不断调整长木板的倾斜角度)。(2)将塑料弹力圈立于长木板的最上端,如图35所示。(3)用手将弹力圈的上端往上拉起(使弹簧伸长),沿图36中的第一个虚线路径轻轻一拉,然后放开手,观察接下来所发生的现象。
图35
图36
实验现象:
看到整根弹簧会沿着图中的第2个、第3个、第4个……虚线路径不停地翻转下去,就像杂技演员在地面上翻筋斗一样,真是美妙而又神奇。
原理剖析:
当用手沿第1个虚线路径拉时,弹簧处于“∩”形状。这时弹簧发生伸长形变,储存了弹性势能,于是弹簧便产生使弹簧收缩的弹力,这个弹力会拉动弹簧的后面部分沿着虚线路径运动。当前端接触到斜面时,后端变成了上端,即变成了下一个动作的前端,由于惯性,前端弹簧继续往下翻,又拉动后端运动,如此反复,弹簧不断地翻转。整个运动过程中,弹簧的重力势能、弹性势能和动能三者之间不断发生相互转化。
说明:
(1)此实验要选用表面粗糙一点的木板,如果板的表面太光滑了,塑料弹簧会沿斜面下滑。(2)斜面的倾角也是一个比较关键的,角度太大了,弹簧在翻转过程中可能还会平移,即产生滑动。角度太小了,弹簧可能不会翻跟头。(3)此实验可以放在讲授“机械能守恒”或“能的转化”这部分来演示,也可以用于初、高中衔接时演示,这样更能激发学生的求知欲和学习兴趣。当然,也可以在其他场合作为趣味实验来演示。
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