【正文】 初中物理第十五章功和機械能實驗探究巧用日光燈支架做機械能轉化實驗材料：廢普通日光燈支架內側部分（反光蓋，長120㎝，取下日光燈管，便可拆掉反光蓋，如圖所示）、彈簧（長10㎝左右）。 　　制作： 　　1．分別在反光蓋的15cm處，55cm處，115cm做記號； 　　2．用鋸條在反光蓋的各確定位置處兩側各鋸一條縫（便于彎折）； 　　3．根據彈簧的直經在最后5cm的適當位置打一小孔（用于固定彈簧，孔的大小依彈簧而定）； 　　4．最后把它彎制成如圖所示形狀，固定好彈簧即可。 　　能夠完成的實驗： 　　1．探究：動能的大小與什么因素有關？ 　　在上述裝置上，再添加質量不相等的兩個鐵球、一個木塊即可。實驗過程如下：首先讓同一鐵球分別從斜面的不同位置滾下，撞擊放在平面上的木塊，觀察木塊被撞的距離，撞的越遠說明動能越大，從而得出質量相同的物體，運動的速度越大，它的動能越大；然后分別讓質量不等的兩個鐵球，從斜面的同一位置滾下，撞擊放在平面上的木塊觀察木塊被撞的距離，撞的越遠說明動能越大，從而得出運動速度相同的物體質量越大，它的動能就越大；最后綜合分析前兩組實驗，得出最終的結論。 　　2．動能和勢能的相互轉化 　　此實驗只需添加一個鐵球。實驗過程如下：讓鐵球從斜面的某一位置滾下，在下落過程中，鐵球的重力勢能轉化為它的動能，鐵球在平面上運動撞擊彈簧，使彈簧發(fā)生彈性形變，鐵球的動能轉化為彈簧的彈性勢能；彈簧恢復原狀，鐵球被彈回，彈簧的彈性勢能轉化為鐵球的動能；鐵球繼續(xù)運動，沖上斜面，鐵球的動能轉化為它的重力勢能。這樣就把動能與重力勢能的相互轉化，動能與彈性勢能之間的相互轉化分析清楚了。 　　說明：讓斜面和平面的長度相差不多，主要是在做動能和勢能相互轉化的實驗時，鐵球返回時，能沖上斜面；實驗時選取的球直徑要大于彈簧的內徑，以防球被彈簧卡住，導致實驗無法進行。運動物體的動能與速度的關系 【器材】一號舊干電池1只，薄木板或玻璃1塊，紙盒，墊塊，標志旗或桿?！静僮鳌俊　⒈“宓囊欢藟|起，成為一個斜面（圖10－1）。　　（1）把一號干電池先后從斜面的不同高度處滾下，讓學生觀察，物體滾下前所處的位置越高，到達斜面末端時的速度越大?！　。?）在斜面末端放置紙盒，讓一號電池從斜面中部某處滾下撞在紙盒上，將紙盒推動一段距離。重復實驗幾次，在紙盒停下的平均位置插下標志?！　。?）再讓電池從斜面頂端滾下撞在紙盒上，將紙盒推動一段距離，同樣重復實驗幾次，在紙盒停下的平均位置插一標志。　?。?）比較兩次紙盒被推動的距離可以得出：物體開始滾下時的位置越高，它到達斜面末端時的速度越大，把紙盒推得越遠，做的功也越多。這表明運動物體的速度越大，它的動能也越大。 【注意事項】 　?。?）斜面的高度和紙盒的質量應事先選好，使速度改變時盒子被推動的距離有明顯的差異?！　。?）每次電池滾下應對準紙盒中部，以保證電池與紙盒一道作直線運動?！　。?）如用小車做實驗，可以在車內加砝碼來改變車子的質量，但必須將砝碼固定于車子的中部，以免車子滾下時不作直線運動。運動物體的動能與質量的關系 【器材】　　一號舊干電池1只，薄木板或玻璃1塊，紙盒，墊塊，標志旗或桿，1個二號舊干電池?！静僮鳌俊　。?）把一號電池和二號電池并排放在斜面頂端同一高度處，讓它們同時滾下。可以看到，在滾動過程中，二者速度的變化情況基本一樣，它們到達斜面末端的速度也是一樣的?！　。?）再讓電池從斜面頂端滾下撞在紙盒上，將紙盒推動一段距離，同樣重復實驗幾次，在紙盒停下的平均位置插一標志?！　。?）再用二號電池從斜面頂端同一高度處滾下，撞在紙盒上，并把紙盒推動一段距離。重復幾次，在紙盒停下的平均位置插一標志。　?。?）將兩電池滾下時紙盒被推動的距離相比較，可以得出：質量不同的物體在滾下的速度相同時，物體的質量越大，紙盒被推動得越遠，物體對紙盒做的功也越多，即它的動能也越大。力勢能與物體的高度和質量有關 【器材】　　鐵支架，長木板，滑塊，重物，定滑輪2只，線。【操作】　　演示裝置如圖10－2所示，一木塊放在水平木板上，拴在木塊上的細線繞過兩個定滑輪與一被舉高的重物相連，重物正好能拉動木塊勻速前進?！　⊙菔景匆韵虏襟E進行：　　（1）先將重物舉高并用手托住，把木塊拉向右端使線拉直，然后放手讓重物下落，重物便拉動木塊（克服木塊與木板間的摩擦力）移動一段距離，直至重物被擋住為止。說明舉高的物體在下落過程中能做功，具有重力勢能?！　。?）再把重物舉得高些，重做實驗，此時就能拉動木塊移動更大的距離。說明重物舉得越高，它所具有的重力勢能就越大?！　。?）把重物的質量加大一倍，同時也把木塊的質量加大一倍，重做實驗，可以看到當重物下落時能拉動質量大一倍的木塊（要說清這時木塊與木板間的摩擦力也增大一倍），勻速移動一段距離，說明勢能的大小與被舉高的物體的質量有關。在高度一定的情況下，被舉高的物體的質量大，所具有的重力勢能也大?！　∽詈髿w納得出：物體被舉得越高，質量越大，它的勢能也越大。【注意事項】　　演示前，應仔細調配好重物的質量和木塊的質量，使重物能勻速地下落。用橡皮筋演示彈性勢能與哪些因素有關 【器材】　　長短相同而粗細不同的橡皮筋（或橡筋帶）各一50克或100克鉤碼。【操作】　　如圖10－3那樣將橡皮筋懸掛于鐵支架上，在橡皮筋的下端懸掛鉤碼或其他重物，再在橡皮筋的一側豎立一把5厘米分度的刻度尺?！　⊙菔緯r，先讓學生觀察鉤碼靜止時在標尺上的位置，然后用手捏住鉤碼向下拉一段，放手后，橡皮筋因彈性形變而將鉤碼拉起一個高度。改變將鉤碼向下拉的距離重新實驗?？梢钥吹剑^碼向下拉的距離越大，彈起的高度也越大，即橡皮筋的彈性形變越大，它對鉤碼做的功越多，說明它的彈性勢能越大。　　換一根同樣長短的粗橡皮筋重做實驗，可以看到在使它們產生同樣形變（即鉤碼拉下同樣距離）以后，它們對鉤碼做的功是不同的，粗的橡皮筋（彈性較好）將鉤碼彈起較高，這說明，一個物體的彈性越好，它的彈性勢能也越大。用鋸條和棋子演示彈性勢能與哪些因素有關 【器材】　　兩根彈性不同的鋼鋸條（或鋼尺），木棋子?！静僮鳌咳鐖D10－4，用一塊木板將一根鋸條壓在桌端或凳子上，只露出較少一段。再將棋子放在鋸條的端部。然后用手將鋸條端部扳下一段距離，然后放開，棋子即被彈起一高度，從扳下的距離和彈起的高度同樣可以得出，物體的彈性形變越大，它的彈性勢能就越大的結論?！　Q用另一根彈性不同的鋼鋸條，使兩鋸條伸出的長度一樣，重做實驗，又可以得出物體的彈性越好，它的彈性勢能也越大的結論。動能和重力勢能的轉化 【器材】　　單擺。【操作】　　單擺可以采用金屬擺球、彈子或其他重物如秤砣等制作。演示時，將擺球拉偏至一定高度放下，讓學生觀察擺球的擺動情況。擺球在最高點時具有一定的重力勢能，當它下降時，勢能越來越小，速度越來越大，動能也越來越大。下降的過程是重力勢能逐漸轉化為動能的過程。當擺球擺至最低點時，勢能減至最小，動能最大。由于慣性，擺球繼續(xù)擺動，在擺球上升的過程中，速度越來越小，動能又逐漸轉化為勢能，在最大高度時動能為零，勢能最大。然后又重復上述過程，周而復始。單擺的擺動過程實際上是一個動能和重力勢能相互轉化的過程?！咀⒁馐马棥俊　螖[在擺動過程中，由于阻尼的作用，振幅會越來越小，為了不致于使擺幅衰減過快，應采用質量較大的擺球來做實驗。動能和彈性勢能的轉化 【器材】　　彈簧振子（或者單擺、輕質彈簧2根、支架）?！静僮鳌俊　D10－5是一個彈簧振子，在一根光滑的水平細桿上穿有一個小球（振子），振子的兩邊由兩根同樣的輕彈簧拉著。平常，振子停止在平衡位置。用手把振子拉向平衡位置的一側后放開，振子即在彈簧的彈力作用下振動起來?！　哪芰康霓D化來看，振子被拉向一側，彈簧因形變（一根彈簧被拉長，另一根被壓縮）而具有彈性勢能。放手后，振子在彈簧彈力的作用下向平衡位置運動，速度越來越大，彈簧彈性勢能越來越小，在此過程中，彈簧的彈性勢能逐漸轉化為振子的動能。至平衡位置時彈性勢能最小，動能最大。由于慣性，振子繼續(xù)運動，彈簧在相反方向發(fā)生形變，振子的動能又逐漸轉化為彈簧的彈性勢能，至最大位置時，動能全部轉化為彈性勢能。然后振子又在彈力的作用下向相反方向運動，重復上述過程，周而復始。　　彈簧振子的振動過程，實際上是彈簧的彈性勢能和振子的動能（彈簧的各部分也有動能，但較小）相互轉化的過程。　　在沒有彈簧振子的情況下，可以按圖10－6裝置來進行實驗。用長線（1米以上）懸起一個擺球，在擺球的兩側水平地拉起兩根同樣的輕彈簧（或橡皮筋）。當把擺球拉向一側后放開，擺球便在彈簧的彈力作用下振動起來，由于擺球的懸線很長，擺球在不大的范圍內可以看作是在同一水平線上運動，這樣與彈簧振子的情況基本一致。演示動能和彈性勢能轉化的注意事項 【注意事項】　　振子的質量應能與彈簧的彈性相匹配，彈簧宜選用細鋼絲繞制的螺旋直徑較大的，振子的質量若過大則不易振動起來，過小則又衰減很快，可通過實驗來選定?！緜渥ⅰ俊　∽灾茊螖[式振子的懸掛可采用如下方法：剪一小塊膠布，在中間部位錐一小洞，將一小段細銅絲對折后穿過小洞，并折成“Ω”形。再把膠布貼于球的表面，這樣就做成一個小鉤環(huán)，懸線和彈簧就分別系（或鉤掛）于這些小鉤環(huán)上。動能、重力勢能、彈性勢能的轉化 【器材】　　彈簧（或橡皮筋），金屬重物，支架?！静僮鳌俊　“褟椈桑ɑ蛳鹌そ睿覓煸谥Ъ苌希趶椈傻南露藨覓旖饘僦匚?，如圖10－7。此時由于金屬重物所受的重力作用，彈簧伸長而具一定的彈性勢能。　　用手慢慢地將重物托起，直至彈簧恢復原長為止，此時彈簧的彈性勢能為零。然后很快抽開手，讓重物自由落下，以后重物就在2兩位置之間來回振動?！　哪芰康霓D化來看，重物在最高位置時，重力勢能最大，彈簧的彈性勢能為零。在重物下降的過程中，開始是速度越來越大，以后又越來越小，至最低點時速度又重新減至零。在此過程中，動能是由零逐漸增至最大，以后又逐漸減至零，而彈簧的彈性勢能卻是隨著形變的逐漸加大由零逐漸增至最大。另一方面重力勢能隨著重物高度的降低由最大逐漸減至最小。也就是說，在重物下降的過程中，重力勢能逐漸轉化為動能和彈性勢能。而在最低點時，重力勢能最小，彈性勢能最大，動能為零，重力勢能減少的部分全部轉化為彈性勢能。上升的過程則是彈性勢能轉化為動能和重力勢能的過程。自制水輪機 　　水輪機可按下面的方法自制：找一根圓木棍做軸，把幾個同樣大小的香脂盒（或半瓣乒乓球）釘在軸上作為葉片，在軸的兩頭斷面的正中處垂直地釘進兩只鐵釘，再讓鐵釘穿在木板支架上的兩只小號“羊眼”的孔中，這樣水輪機轉動起來就很靈活了。如果水輪機木軸的直徑不夠大，可以在軸上再套進一個直徑大一些的輪子作為皮帶輪，無線電器材商店賣的一種雙連電容器上用作拉線盤的輪子就很好。如果能找到一截鉛筆粗細的銅棒作水輪機的轉軸則更好，這時葉片須焊在銅軸上。　　套在玩具電機軸上的塑料皮帶輪及橡皮筋傳動帶，在無線電器材商店能買到。利用杠桿平衡條件測固體密度 【目的和要求】　　利用杠桿平衡條件測定固體的密度，進一步熟悉杠桿；練習靈活運用杠桿平衡條件和阿基米德定律。【儀器和器材】　　待測密度的石子，金屬，陶瓷片，杠桿及支架，細線，鉤碼3個（J2106型），刻度尺，玻璃杯，水。【實驗方法】　　1．把杠桿的中點懸掛在支架上。調節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置平衡?！　?．用細線將石子拴好，把石子m1碼m2分別掛在杠桿的兩邊，改變鉤碼的位置，使杠桿在水平位置平衡。3．分別量出動力臂L1阻力臂L2，由杠桿平衡條件算出石子的質量：m1gl1= m2gl2則　　　4．在玻璃杯內盛水，將石子浸沒水中，L1固定不變，改變鉤碼的位置，使杠桿在水平位置重新平衡?！　?．量出鉤碼所掛處與支點的距離L2，由杠桿平衡條件得出(mg1F)l1= m2gl2，其中F為石子浸沒水中所受浮力，由阿基米德定律知道，代入前式，求得石子的體積V。6．由公式求出石子的密度。7．將石子換成金屬、陶瓷片，重做上述實驗，分別求出金屬和陶瓷的密度。把實驗數據及計算結果填入表1．20－1中。名稱鉤碼質量m1（千克）動力臂L1（米）阻力臂L2（米）物體質量m1（千克）物體浸沒水中時鉤碼力臂L＇（米）物體所受浮力F（牛）物體體積V（米3）物體密度（千克/米3）石子 金屬 陶瓷 【注意事項】　　玻璃杯內的水要能浸沒物體且不溢出，物體與杯子不能接觸。【參考資料】一、利用杠桿平衡條件測固體密度的另一種計算方法實驗步驟和方法與前相同。當第一次杠桿平衡后，m1gl1= m2gl2則待測物體浸沒水中，杠桿重新平衡后由（2）247。（1）得　　將代入式，其中為待測物體的密度，V為它的體積，則。　　每次實驗時，只要測出L2和L＇2，再代入（4）式中，即可求得所測物體的密度。水的密度是已知的?！　《?、用杠桿“稱”液體的密度　　找根寬度、厚薄比較均勻的直木條（長約50厘米），中點用支架支起或者用線吊起。將已知密度P的重物G和任意平衡物P分掛在兩邊（圖1．26－3），調節(jié)它們的懸掛位置，使杠桿平衡，則　　Ga=Pb　　保持重物G位置不變，將G全都浸入被測液體中，調節(jié)P的位置使杠桿平衡，則　　將代入（l）、（2），并且將（2）247。（1）得，