【正文】 初中物理第十五章功和機(jī)械能實(shí)驗(yàn)探究巧用日光燈支架做機(jī)械能轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)材料：廢普通日光燈支架內(nèi)側(cè)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(cè)各鋸一條縫（便于彎折）； 　　3．根據(jù)彈簧的直經(jīng)在最后5cm的適當(dāng)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(shí)驗(yàn)： 　　1．探究：動能的大小與什么因素有關(guān)？ 　　在上述裝置上，再添加質(zhì)量不相等的兩個(gè)鐵球、一個(gè)木塊即可。實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)說明動能越大，從而得出質(zhì)量相同的物體，運(yùn)動的速度越大，它的動能越大；然后分別讓質(zhì)量不等的兩個(gè)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(yuǎn)說明動能越大，從而得出運(yùn)動速度相同的物體質(zhì)量越大，它的動能就越大；最后綜合分析前兩組實(shí)驗(yàn)，得出最終的結(jié)論。 　　2．動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化 　　此實(shí)驗(yàn)只需添加一個(gè)鐵球。實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)化為它的動能，鐵球在平面上運(yùn)動撞擊彈簧，使彈簧發(fā)生彈性形變，鐵球的動能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能；彈簧恢復(fù)原狀，鐵球被彈回，彈簧的彈性勢能轉(zhuǎn)化為鐵球的動能；鐵球繼續(xù)運(yùn)動，沖上斜面，鐵球的動能轉(zhuǎn)化為它的重力勢能。這樣就把動能與重力勢能的相互轉(zhuǎn)化，動能與彈性勢能之間的相互轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)時(shí)，鐵球返回時(shí)，能沖上斜面；實(shí)驗(yàn)時(shí)選取的球直徑要大于彈簧的內(nèi)徑，以防球被彈簧卡住，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。運(yùn)動物體的動能與速度的關(guān)系 【器材】一號舊干電池1只，薄木板或玻璃1塊，紙盒，墊塊，標(biāo)志旗或桿?！静僮鳌俊　⒈“宓囊欢藟|起，成為一個(gè)斜面（圖10－1）?！　。?）把一號干電池先后從斜面的不同高度處滾下，讓學(xué)生觀察，物體滾下前所處的位置越高，到達(dá)斜面末端時(shí)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(fù)實(shí)驗(yàn)幾次，在紙盒停下的平均位置插下標(biāo)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(fù)實(shí)驗(yàn)幾次，在紙盒停下的平均位置插一標(biāo)志?！　。?）比較兩次紙盒被推動的距離可以得出：物體開始滾下時(shí)的位置越高，它到達(dá)斜面末端時(shí)的速度越大，把紙盒推得越遠(yuǎn)，做的功也越多。這表明運(yùn)動物體的速度越大，它的動能也越大。 【注意事項(xiàng)】 　?。?）斜面的高度和紙盒的質(zhì)量應(yīng)事先選好，使速度改變時(shí)盒子被推動的距離有明顯的差異?！　。?）每次電池滾下應(yīng)對準(zhǔn)紙盒中部，以保證電池與紙盒一道作直線運(yùn)動?！　。?）如用小車做實(shí)驗(yàn)，可以在車內(nèi)加砝碼來改變車子的質(zhì)量，但必須將砝碼固定于車子的中部，以免車子滾下時(shí)不作直線運(yùn)動。運(yùn)動物體的動能與質(zhì)量的關(guān)系 【器材】　　一號舊干電池1只，薄木板或玻璃1塊，紙盒，墊塊，標(biāo)志旗或桿，1個(gè)二號舊干電池。【操作】　?。?）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(shí)滾下?？梢钥吹?，在滾動過程中，二者速度的變化情況基本一樣，它們到達(dá)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(fù)實(shí)驗(yàn)幾次，在紙盒停下的平均位置插一標(biāo)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(fù)幾次，在紙盒停下的平均位置插一標(biāo)志?！　。?）將兩電池滾下時(shí)紙盒被推動的距離相比較，可以得出：質(zhì)量不同的物體在滾下的速度相同時(shí)，物體的質(zhì)量越大，紙盒被推動得越遠(yuǎn)，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(zhì)量有關(guān) 【器材】　　鐵支架，長木板，滑塊，重物，定滑輪2只，線?！静僮鳌俊　⊙菔狙b置如圖10－2所示，一木塊放在水平木板上，拴在木塊上的細(xì)線繞過兩個(gè)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(jìn)?！　⊙菔景匆韵虏襟E進(jìn)行：　?。?）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(shí)驗(yàn)，此時(shí)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(zhì)量加大一倍，同時(shí)也把木塊的質(zhì)量加大一倍，重做實(shí)驗(yàn)，可以看到當(dāng)重物下落時(shí)能拉動質(zhì)量大一倍的木塊（要說清這時(shí)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(zhì)量有關(guān)。在高度一定的情況下，被舉高的物體的質(zhì)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(zhì)量越大，它的勢能也越大?！咀⒁馐马?xiàng)】　　演示前，應(yīng)仔細(xì)調(diào)配好重物的質(zhì)量和木塊的質(zhì)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(guān) 【器材】　　長短相同而粗細(xì)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(cè)豎立一把5厘米分度的刻度尺?！　⊙菔緯r(shí)，先讓學(xué)生觀察鉤碼靜止時(shí)在標(biāo)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(gè)高度。改變將鉤碼向下拉的距離重新實(shí)驗(yàn)?？梢钥吹?，鉤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?！　Q一根同樣長短的粗橡皮筋重做實(shí)驗(yàn)，可以看到在使它們產(chǎn)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(gè)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(guān) 【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(jié)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(shí)驗(yàn)，又可以得出物體的彈性越好，它的彈性勢能也越大的結(jié)論。動能和重力勢能的轉(zhuǎn)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(shí)，將擺球拉偏至一定高度放下，讓學(xué)生觀察擺球的擺動情況。擺球在最高點(diǎn)時(shí)具有一定的重力勢能，當(dāng)它下降時(shí)，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(zhuǎn)化為動能的過程。當(dāng)擺球擺至最低點(diǎn)時(shí)，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(zhuǎn)化為勢能，在最大高度時(shí)動能為零，勢能最大。然后又重復(fù)上述過程，周而復(fù)始。單擺的擺動過程實(shí)際上是一個(gè)動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化的過程。【注意事項(xiàng)】　　單擺在擺動過程中，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(yīng)采用質(zhì)量較大的擺球來做實(shí)驗(yàn)。動能和彈性勢能的轉(zhuǎn)化 【器材】　　彈簧振子（或者單擺、輕質(zhì)彈簧2根、支架）?！静僮鳌俊　D10－5是一個(gè)彈簧振子，在一根光滑的水平細(xì)桿上穿有一個(gè)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(cè)后放開，振子即在彈簧的彈力作用下振動起來?！　哪芰康霓D(zhuǎn)化來看，振子被拉向一側(cè)，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(yùn)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(zhuǎn)化為振子的動能。至平衡位置時(shí)彈性勢能最小，動能最大。由于慣性，振子繼續(xù)運(yùn)動，彈簧在相反方向發(fā)生形變，振子的動能又逐漸轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢能，至最大位置時(shí)，動能全部轉(zhuǎn)化為彈性勢能。然后振子又在彈力的作用下向相反方向運(yùn)動，重復(fù)上述過程，周而復(fù)始?！　椈烧褡拥恼駝舆^程，實(shí)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?。┫嗷マD(zhuǎn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用長線（1米以上）懸起一個(gè)擺球，在擺球的兩側(cè)水平地拉起兩根同樣的輕彈簧（或橡皮筋）。當(dāng)把擺球拉向一側(cè)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(nèi)可以看作是在同一水平線上運(yùn)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(zhuǎn)化的注意事項(xiàng) 【注意事項(xiàng)】　　振子的質(zhì)量應(yīng)能與彈簧的彈性相匹配，彈簧宜選用細(xì)鋼絲繞制的螺旋直徑較大的，振子的質(zhì)量若過大則不易振動起來，過小則又衰減很快，可通過實(shí)驗(yàn)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(xì)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(gè)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(zhuǎn)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?，在彈簧的下端懸掛金屬重物，如圖10－7。此時(shí)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?！　∮檬致貙⒅匚锿衅穑敝翉椈苫謴?fù)原長為止，此時(shí)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(zhuǎn)化來看，重物在最高位置時(shí)，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(diǎn)時(shí)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(zhuǎn)化為動能和彈性勢能。而在最低點(diǎn)時(shí)，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(zhuǎn)化為彈性勢能。上升的過程則是彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能和重力勢能的過程。自制水輪機(jī) 　　水輪機(jī)可按下面的方法自制：找一根圓木棍做軸，把幾個(gè)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(jìn)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(jī)轉(zhuǎn)動起來就很靈活了。如果水輪機(jī)木軸的直徑不夠大，可以在軸上再套進(jìn)一個(gè)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(xì)的銅棒作水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸則更好，這時(shí)葉片須焊在銅軸上?！　√自谕婢唠姍C(jī)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(jìn)一步熟悉杠桿；練習(xí)靈活運(yùn)用杠桿平衡條件和阿基米德定律?！緝x器和器材】　　待測密度的石子，金屬，陶瓷片，杠桿及支架，細(xì)線，鉤碼3個(gè)（J2106型），刻度尺，玻璃杯，水?！緦?shí)驗(yàn)方法】　　1．把杠桿的中點(diǎn)懸掛在支架上。調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母，使杠桿在水平位置平衡。　　2．用細(xì)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(zhì)量：m1gl1= m2gl2則　　　4．在玻璃杯內(nèi)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。　　5．量出鉤碼所掛處與支點(diǎn)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(shí)驗(yàn)，分別求出金屬和陶瓷的密度。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及計(jì)算結(jié)果填入表1．20－1中。名稱鉤碼質(zhì)量m1（千克）動力臂L1（米）阻力臂L2（米）物體質(zhì)量m1（千克）物體浸沒水中時(shí)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(xiàng)】　　玻璃杯內(nèi)的水要能浸沒物體且不溢出，物體與杯子不能接觸?！緟⒖假Y料】一、利用杠桿平衡條件測固體密度的另一種計(jì)算方法實(shí)驗(yàn)步驟和方法與前相同。當(dāng)?shù)谝淮胃軛U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?！　∶看螌?shí)驗(yàn)時(shí)，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?！　《⒂酶軛U“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(diǎn)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(diào)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(diào)節(jié)P的位置使杠桿平衡，則　　將代入（l）、（2），并且將（2）247。（1）得，