“探究动能的大小和哪些因素有关”的实验改进

实验研究
铷i f 教■学参考
第48卷第12期2019年12月
“探究动能的大小和哪些因素有关”的
实验改进#
潘威1
陈耿炎2
王辛辛3
(1.深圳市龙岗区天成学校广东深圳518100;2.深圳市龙岗区横岗中心学校广东深圳518115;
3.深圳市龙岗区南联学校广东深圳518122)
文章编号：1002-218X (2019)12-0030-03
中图分类号：G 632. 4
文献标识码：B
摘要
：对“探究动能大小影响因素”的实验进行改进和创新，增强实验的可见性、可操作性和推
广性。

改进后的实验装置一体化程度高，有效弥补了教材实验成功率低和无弹性势能实验的不 足，实验现象可视，有助于学生理解规律；实验操作简单，有助于学生参与探究。

关键词：动能；弹性势能；可视化；实验创新_、弓I 言
人教版初中《物理》八年级下册第十一章第3 节“动能和势能”一节中，对于“探究动能的大小和 哪些因素有关”的实验，采用的是如图1所示的探 究方式[1]:让钢球A 从高为A 的斜面上滚下，撞击 斜面底端的物块仏通过撞击后木块移动的距离 来判断钢球A 动能的大小。

该实验中，存在钢球在下滑过程中路径容易发 生偏移，撞击后木块移动的路线偏离直线，非完全 弹性碰撞存在能量的损失，实验仪器较为零散不便 于演示等问题。

同时，本节教材对于弹性势能的讲 解，只有简短的几句文字和两幅插图，并没有相关理论结合中，“看透”蜡块的运动本质，理解运动的合 成与分解思想;彰显学习结果的“深刻”:运动的合成 与分解同力的合成与分解一样，都遵循矢量的平行 四边形定则，完善了学生的认识结构。

三、结语
具身认知视角下的物理教学转向，就是要充分 发挥身体、心理、环境的持续交互作用，让学生在学 习中收获真正宝贵的东西，即经历、体验、感悟，思 维、思想、见解、眼光和境界。

参考文献
[1]
西恩贝洛克.具身认知—
身体如何影响思维和
行动[M ].北京：机械工业出版社，2018.
实验作为支撑。

图1 教材实验
针对教材实验存在的不足，笔者通过多次实 践，利用身边的简易材料设计并制作了基于可视化
的动能大小探究装置，如图2所示。

该装置利用白 色亚克力板作为支架，能对小球的动能和弹簧的弹 性势能进行初步探究。

[2] 马云鹏.深度学习视域下的课堂变革[J ].全球教
育展望，2018,47(10):52-63.
[3] 余文森.核心素养导向的课堂教学[M ].上海：上
海教育出版社，2017.
[4] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准
(2017年版）[M ].北京：人民教育出版社，2018.
[5] 中华人民共和国教育部.普通高中课程标准实验
教科书物理必修2(教师教学用书）[M ].北京：人 民教育出版社，2010.
[6] 邓磊，包雷.基于科学思维能力评价的美国理科主
流试题类型比较及启示[J ].物理教师，2018,39
(10)：5-11,
*广东省教育科学“十三五”规划立项课题“互联网+初中物理创新实验的开发与应用”（课题编号：2019YQJK 099)。

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V〇1.48No.12
Dec.2019
实验研究
图2 基于可视化的动能大小探究装置
二、实验原理
1.探究动能大小的影响因素
如图3所示，上下完全相同的U型双轨道，U 型管上的1、2、3号位代表了不同的高度，1-12号 挡板为可弯曲的透明塑料卡纸，运动的小球穿过挡板后，会损失一部分动能，相当于克服阻力做功，因此，小球穿过的挡板格数越多，小球的动能 越大。

质量相同的小球从不同的高度由静止开始释放，到达斜面底端的初速度也不一样。

释放高度越 高，达到斜面底端的初速度越大。

通过观察并记录 小球穿过的挡板格数，可以探究动能大小与速度的 关系。

选用质量不同的小球从相同高度释放，通过观 察并记录小球穿过的挡板格数，可以探究动能与质 量的关系。

若选用相同直径，不同材料的小球，可 以探究动能与质量的关系。

2.探究弹簧弹性势能大小的影响因素
如图4所示，把弹簧固定在斜面底端，将其分别压缩到不同位置对小球进行弹射，通过观察并记 录小球穿过的挡板格数，可以探究弹性势能与弹簧 压缩量之间的关系。

探究弹性势能大小的影响因素
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图4
三、探究动能大小与质量、速度的关系
1. 实验器材
大小适中的透明亚克力板数块、完全相同的U
型双轨道、透明可弯曲的塑料卡纸、印有1-15的写
真纸两张、有机玻璃专用胶水、热熔胶枪、热熔胶、
针筒、裁纸刀、剪刀、纸、双面胶纸。

2. 制作方法
(1) 取两块大小适中的透明亚克力板，用有机 玻璃胶水粘贴成“倒T型”支架，形成整体框架。

(2) 将薄透明亚克力板按一定比例切割后，用 有机玻璃胶水粘紧，使其形成完全相同的双轨道，
轨道内径为13 mm，并在适当的位置用贴纸分别标
注1、2、3号位，代表不同的释放高度。

(3) 将黄、绿、红三色塑料可弯折卡纸，用裁纸 刀分别裁成4 cm X l c m的矩形方块若干，用于制
作挡板。

(4) 将裁剪好的黄、绿、红三色矩形卡纸各5 个，用热熔胶枪固定在亚克力板“梳型”支架上，并
贴上印有1-15的写真纸。

同样的操作重复一次，
得到两个完全相同的塑料挡板支架。

(5) 将塑料挡板支架，用有机玻璃胶水固定在U型轨道的上方，并调试好合适的距离。

3. 实验步骤
(1)取直径为16 m m的相同钢球，将它们分别
从上下U型轨道的1号位和2号位静止释放，观察
到上方轨道的小球穿过塑料挡板的格数相较于下
方轨道明显较多，如图5所示。

根据此现象可以得
出在质量相同的情况下，钢球释放高度越高，钢球
获得的速度越大；即钢球的速度越大，钢球具有的
动能也越大。

图5实验效果图：探究动能大小与速度的关系
(2)取直径同为16 m m的钢球和塑料小球，将
它们分别从上下U型轨道的1号位静止释放，观
察到上方轨道的小球穿过塑料挡板的格数相较于
下方轨道明显较多，如图6所示。

根据此现象可以
得出在释放高度相同，即小球获得的速度相同的情
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2019年12月
况下，小球质量越大，其具有的动能也越大。

图6实验效果图：探究动能大小与质量的关系
四、探究弹性势能和弹簧压缩量的关系[2]
1. 实验器材
原长为5 c m硬质弹簧，透明亚克力板，剪刀，标有刻度的写真纸一张，透明胶带
2. 实验装置制作要领
(1)在探究动能大小的实验装置基础上，在轨 道底端用透明胶纸固定标有刻度的写真纸，分别标注“原长位”“1号位”和“2号位”，如图7所示。

图7实物图：弹性势能和弹簧压缩量的关系
(2)将长度为5 c m的弹簧.固定在轨道底端，并取一直径为16 m m的钢球置于弹簧末端，其细 节如图8所示。

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图8实物图：弹簧弹射装置细节
3.实验步骤
(1)取直径为16 m m的钢球，将弹簧从“原长 位”压缩到“1号位”对钢球进行弹射，观察并记录 其穿过塑料挡板的格数，如图9所示。

图9实验效果图：弹簧压缩到1号位弹射情况
(2)用钢球将弹簧从“原长位”压缩到“2号位”
对钢球进行弹射，观察并记录其穿过塑料挡板的格
数，如图10所示。

图10 实验效果图：弹簧压缩到2号位弹射情况
(3)比较两次实验的结果，可以得出弹簧的压
缩量越大，其具有的弹性势能也越大。

五、创新与特色
1. 本装置实验教学效果显著:通过创新实验仪 器实现了动能和弹簧弹性势能的影响因素的可视化
教学，方便学生参与探究，有效地弥补了教材实验成
功率不高，且无弹性势能实验的不足。

2. 本装置采用的双轨道摩擦力小，运动路径稳 定，小球到达斜面底端的速度稳定可控，且上下轨
道可同时进行实验操作，能增强对比性，加深学生
对控制变量法的理解。

3. 本装置改进了传统的
碰撞方式，直接让小球穿过塑
料卡纸直至停下，小球的能量
损失较小，极大地提升了实验
结果的准确性。

4. 本装置与原演示实验
装置相比，仪器一体化程度
高，便于在课堂上进行演示；同时，该装置制作简
易，成本低，具有推广价值，且仪器可反复使用。

参考文献
[1]彭前程，杜敏，等.义务教育教科书物理八年级下
册[M].北京：人民教育出版社，2012.
[2]陈耿炎，熊华.可控促探究可视助理解—探究
流体压强与流速关系的实验改进与创新[J].教育
与装备研究，2017,34(10) :58-60.
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