“动能和势能”两个探究实验的改进

“动能和势能”两个探究实验的改进
作者：孙建智王旭光
来源：《中学物理·初中》2012年第08期
在初中物理实验教学过程中，教材上设计的个别实验由于受学校条件限制或其他外在因素的影响，实验现象不明显，这样就限制了学生观察能力和分析能力的培养.因此，我们在物理教学中特别注重对实验的不断探究、改进和实践.例如将初三物理下册第八章第三节《动能和势能》中的两个探究实验“动能大小与哪些因素有关”和“重力势能大小与哪些因素有关”加以改进，并取得了较好的教学效果.
1 探究动能大小与哪些因素有关
在教材中，采用将小球从斜面上滚下来撞击木块，比较木块被推动的距离来探究动能与质量和速度的关系.
1.1 原实验的不足之处
如图1所示，一是小球在斜面上滚动，其滚动的轨迹不一定是直线，且无法保证成功撞击到水平面上的木块中心；二是实验室用的木块相对铁球质量太大，木块撞击后移动距离不明显；三是铁球撞击木块后容易反弹，造成小球与木块的二次碰撞，使实验无效.
1.2 新实验的改进方法
我们采用“带槽轨道”代替斜面，“圆柱体容器”代替木块
改进后的优点：一是钢球在斜槽内滚动，保证每一次实验都能撞击物体中心；二是圆柱体容器中承装不同质量的液体，可方便调节撞击后的距离；三是圆柱体容器中液体的缓冲作用，使得撞击后不易反弹，避免二次碰撞，使实验结论更具说服性.
2 探究重力势能大小与哪些因素有关
在教材中，采用将重锤从一定高度自由下落撞击小方桌，比较桌腿的下陷深度来探究重力势能与质量和高度的关系.
2.1 原实验的不足之处
如图2所示，一是重锤从一定高度自由下落，无法保证正好撞击在小桌中心，如撞击偏离中心，将导致小桌歪斜，四只桌腿下陷程度不同，导致实验无效；二是撞击小桌的过程为非弹性碰撞，重力势能只一部分转化为动能，存在着能量损失，实验缺乏准确性.
2.2 新实验的改进方法
我们采用两个大小相同但质量不同的钢球和玻璃球进行实验，直接比较两球撞击沙坑陷入沙中的深度
改进后的优点：一是圆形物体撞击沙坑时，保证接触各点的压强相等，避免了小桌受力不均的情况，实验效果也更明显；二是重物直接撞击沙坑，中间过程中没有能量损失，实验结论更具说服力
从以上实验改进可以看出在初中物理教学中对实验的改进原则是：一是“直观”.让学生能从实验中直接观察到物理过程，认识物理现象本质，避免拐弯抹角；二是“明显”.实验现象、实验过程要显著；三是“简单”.演示器材尽量的少，结构尽量简单，操作尽量简便；四是“可靠”.确保实验一次成功。