《“探究橡皮筋弹性势能测定方法”的实验改进》-理学论文，物理论文-论文范文参考-科学狗论文网

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“探究橡皮筋弹性势能测定方法”的实验改进

范文

吴明杰

国标?人教版（必修2）《高中实验报告册》中探究性实验六“探究橡皮筋的弹性势能与伸长量之间的关系”的原理是：当小车平衡了摩擦时，橡皮筋拉力对小车做功把其弹性势能全部转化为小车的动能后，小车开始以速度v匀速运动，此时小车的动能Ek=1/2mv2。即等于开始时橡皮筋储存的弹性势能Ep，所以探究橡皮筋弹性势能与伸长量之间的关系就可以转化为探究小车v2与橡皮筋伸长量之间的关系了。

但在学生实际操作时，存在以下几个问题：一是学生对动能只是在初中学过其概念，此时还没有学到动能表达式，因而对Ek=1/2mv2感到很突兀，从内心对该实验方案存在一定的疑惑。二是学生在分析纸带时，对于纸带上打哪些点小车做匀速运动，不容易准确判断，从而产生数据测量时的误差。三是虽然操作前平衡了摩擦，但是实际操作时由于一些偶然因素的影响，又会产生摩擦，使实验的误差增大。比如，操作时如果没注意调整，使打点计时器的限位孔、纸带、小车的运动方向不在一条直线上，此时摩擦对实验的影响就比较大。四是该实验处理数据的过程繁琐，学生耗时较多。

为了解决上述问题，使实验操作简便，误差减小，本人对该实验的方案做了以下改进：实验装置如图1所示，此装置中木板水平放置，小车摩擦力不需要平衡。当释放小车后，由于摩擦阻力的作用，小车最终停下来。由于学生在初中已经知道摩擦生热现象，并且在学习本章第一课时通过对“问题与练习”中问题的讨论、分析，很容易接受橡皮筋储存的弹性势能通过克服摩擦力做功全部转变成了内能这一事实。而摩擦力做功公式为W=Ff?S，所以橡皮筋储存的弹性势能可表达为E璸=Ff?S。S是小车从释放到停止所运动的位移，若小车的质量不变，则认为小车在水平面上所受的摩擦力不变。所以探究橡皮筋弹性势能与伸长量之间的关系就可以用探究小车运动距离和橡皮筋伸长量之间的关系来代替了。另外该实验依然是采用图象法处理数据，实验记录、处理数据所需的表格如表1所示。

该方案的主要优点是：①不需要再平衡摩擦力，并且摩擦力还是必须的。②不再使用打点计时器，避免了由打点计时器所带来一些误差。③避开了没学过的知识Ek=1/2mv2，不显突兀，学生从心理上能够接受实验方案。④也不要再分析纸带，大大减轻了所需记录处理的实验数据数量（如表1所示），使学生把主要精力、时间放在了实验的“探究”上。

该方案在实际操作时，还应注意以下几点：①细绳长度适当大一些，保证小车在运动到碰到细绳的固定点O前停止。②小车质量适当大一些（可配重），使小车受到的摩擦力大一些，这样小车运动的距离不至过大，便于测量多组数据。但是摩擦力也不可太大，否则小车释放后，运动距离较小，就会增大实验误差。（本人实验时使用的小车质量为400g，又配了500g的钩码）③在细绳上另外再系一根细绳（如图1），实验时用手轻轻拎着以防止橡皮筋恢复原长后，堆积在桌面上，阻碍小车的运动，造成较大的误差。④是长木板必须保持水平，防止重力势能参与弹性势能与内能的相互转化，增大系统误差。

经以上改进，实验操作简便，效果明显，深受学生欢迎。

(栏目编辑王柏庐)

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