力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的研究 徐婷婷

1、中 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告實(shí)驗(yàn)名稱 力學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的研究 班級(jí) 物理092 姓名 徐婷婷 學(xué)號(hào) 09180212 實(shí)驗(yàn)日期 2012/3/1 同組人 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康慕?jīng)歷實(shí)驗(yàn)過程，應(yīng)用所學(xué)的物理知識(shí)研究物理問題，從而解釋教具中的科學(xué)原理。認(rèn)識(shí)到教具的重要作用，關(guān)注物理學(xué)與生活的聯(lián)系。在與他人的交流討論中培養(yǎng)分析、解決問題的能力和交流、合作的能力。二、 實(shí)驗(yàn)器材1、微小形變演示儀器2、驗(yàn)證液體的表面張力儀器3、能量轉(zhuǎn)換的演示儀器（1）麥克斯韋擺（2）動(dòng)能勢能演示儀（3）滾筒4、驗(yàn)證動(dòng)量守恒儀器5、驗(yàn)證分子間內(nèi)聚力的儀器6、演示重心的儀器7、演示離心力的儀器8、離心軌道9、驗(yàn)證慣性定律儀器10、水

2、波演示儀11、驗(yàn)證做功與能量的轉(zhuǎn)化儀器12、驗(yàn)證作用力與反作用儀器13、驗(yàn)證單擺周期與擺長的關(guān)系儀器三、 實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)記錄1、微小形變演示儀器 以上兩套儀器展示了微小形變放大的兩種方法，一種是機(jī)械放大，另外一種是光放大。機(jī)械放大的這套儀器通過杠桿放大將金屬絲加熱后熱膨脹的微小形變展示出來。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以通過安裝在杠桿機(jī)械結(jié)構(gòu)上激光筆放射的光斑向下移動(dòng)的現(xiàn)象觀察出來，也可以通過支撐杠桿的桿移動(dòng)的角度來確定。光放大法的這套儀器是利用光在均勻介質(zhì)中的直線傳播和平面鏡組對(duì)光線的兩次反射，由桌面的微小形變導(dǎo)致的兩次反射角的變化使反射光線光屏上的明顯移動(dòng)來設(shè)計(jì)而成的。另外，老師還介紹了另外一種微小形變放大

3、演示儀器細(xì)管液面升降放大顯示瓶體形變。雙手用勁緊捏墨水瓶時(shí)，難以觀察出瓶體本身的形變。但是若在瓶中插入透明細(xì)管，通過透明細(xì)管中的有色液面的上升，就能使形變現(xiàn)象非常明顯。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常會(huì)遇到要演示一些變化效應(yīng)微弱的物理現(xiàn)象，為使實(shí)驗(yàn)效果明顯，可見度大，通常采用放大手段。細(xì)管液面升降放大法在熱學(xué)演示實(shí)驗(yàn)中可以廣泛應(yīng)用。在彈力的教學(xué)過程中可以運(yùn)用微小形變放大的演示實(shí)驗(yàn)向?qū)W生說明物體在受到力的作用時(shí)就會(huì)發(fā)生形變。在萬有引力的教學(xué)過程中向?qū)W生介紹利用光放大測出萬有引力常數(shù)的卡文迪許扭秤實(shí)驗(yàn)，從而展示放大這一重要的物理實(shí)驗(yàn)思想方法。2、驗(yàn)證液體的表面張力儀器 用細(xì)鋼筋制成各種形狀的模型，將模型在肥

4、皂水中浸過之后拿出可以發(fā)現(xiàn)肥皂沫會(huì)在立方體的模型上形成以立方體幾何中心為頂點(diǎn)的四棱錐，經(jīng)過理論驗(yàn)證這是表面積最小的存在狀態(tài)，可以證明由于表面張力的作用會(huì)讓液面收縮到表面積最小的狀態(tài)。另外，在肥皂水中浸過的鋼筋環(huán)會(huì)在表面形成肥皂膜，當(dāng)用手指輕輕地將一邊戳破，會(huì)發(fā)現(xiàn)繩子會(huì)由于表面張力的作用而向另外一邊移去，這可以形象直觀地展示表面張力的作用方向。表面張力是物質(zhì)的特性，其大小與溫度和界面兩相物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)用自來水浸過后并不會(huì)在模型表面形成膜，可以證明表面張力的大小與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。3、能量轉(zhuǎn)換的演示儀器（1）麥克斯韋擺 麥克斯韋擺利用的原理是是勢能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。將滾擺從一定的高度下落，滾擺會(huì)在重

5、力的作用下下落，重力勢能會(huì)轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，所以滾秋具有速度，當(dāng)下落到最低端，由于繩的拉力作用，滾球會(huì)順著細(xì)線向上滾動(dòng)，此時(shí)動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢能。于此反復(fù)，滾球就會(huì)不斷的上下自由滾動(dòng)，進(jìn)行著勢能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化。 通過展示麥克斯韋擺可以富有趣味性地展示動(dòng)能和勢能兩種能量之間的轉(zhuǎn)化，但是擺球最終會(huì)停下來，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注非理想條件下由于空氣阻力和摩擦阻力消耗的能量這一不可避免因素。（2）動(dòng)能勢能演示儀 利用動(dòng)能勢能演示儀可以進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)分別驗(yàn)證動(dòng)能與彈性勢能的轉(zhuǎn)化、動(dòng)能與重力勢能的轉(zhuǎn)化、摩擦力的大小與物體表面粗糙程度的關(guān)系等實(shí)驗(yàn)。 驗(yàn)證動(dòng)能與重力勢能的轉(zhuǎn)化：將球擺上拉到不同的角度來改變高度，然后自由釋放，球擺的勢能

6、轉(zhuǎn)化為球擺的動(dòng)能。隨后，球擺與平行導(dǎo)軌上的圓柱體發(fā)生碰撞，圓柱體獲得動(dòng)能在平行導(dǎo)軌上移動(dòng)一定的距離。通過改變擺球的大小或角度的大小來改變勢能的大小。裝置將勢能的測定轉(zhuǎn)化為角度的測定，將動(dòng)能的測定轉(zhuǎn)化為長度的測定，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象形象直觀。 驗(yàn)證動(dòng)能與彈性勢能的轉(zhuǎn)化：將小球在不同的高度自由釋放，下落的小球壓縮彈簧轉(zhuǎn)化為彈性勢能，隨后被壓縮的彈簧帶著小球向上彈起，彈性勢能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能。 探究摩擦力的大小與物體表面粗糙程度的關(guān)系：將球擺從相同的高度釋放，通過比較表面光滑的圓柱體與表面粗糙的圓柱體移動(dòng)的距離，可以得出摩擦力的大小與物體表面粗糙程度的關(guān)系。（3）滾筒 滾筒的實(shí)驗(yàn)富有趣味性，將滾筒放在地面上推出，滾

7、筒滾出一段距離之后會(huì)自動(dòng)滾回來。其中的設(shè)計(jì)思想是滾筒內(nèi)用皮筋懸掛了一個(gè)小鎖，滾筒在向前滾的過程中動(dòng)能轉(zhuǎn)化為彈性勢能，在向后滾的過程中彈性勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。4、驗(yàn)證動(dòng)量守恒儀器 本實(shí)驗(yàn)儀器以很直觀的形式驗(yàn)證碰撞過程中的動(dòng)量守恒。當(dāng)拉起儀器一端一定數(shù)目的小球并靜止釋放，被拉起的小球與靜止懸掛的小球發(fā)生碰撞后，會(huì)有相同數(shù)目的小球離開豎直位置擺開一定的角度。由碰撞的小球數(shù)目與被撞開的小球數(shù)目相同這一直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，克服了動(dòng)量守恒定律驗(yàn)證過程中動(dòng)量難以測量的缺陷。5、驗(yàn)證分子間內(nèi)聚力的儀器 將兩個(gè)圓柱形鉛塊，當(dāng)把端面刮平后，讓它們端面緊壓在一起，合起來后，它們不分開，而且懸掛起來后，下面還可以吊起一定量的

8、重物。這是因?yàn)榉肿又g內(nèi)聚力的作用，內(nèi)聚力是在同種物質(zhì)內(nèi)部相鄰各部分之間的相互吸引力，這種相互吸引力是同種物質(zhì)分子之間存在分子力的表現(xiàn)。 在分子間相互作用力的教學(xué)過程中，可以用該實(shí)驗(yàn)展示分子間的相互作用力，并且由粘連的鉛塊可以懸掛相當(dāng)多的重物說明分子間的內(nèi)聚力的大小，由只有當(dāng)兩塊鉛塊用力擠壓時(shí)才會(huì)存在內(nèi)聚力說明分子間的相互作用力與距離有關(guān)。6、演示重心的儀器物理學(xué)上的平衡有三種：不穩(wěn)定平衡、穩(wěn)定平衡、隨遇平衡。簡單地來說判斷三種平衡的方法是：若任何微小的運(yùn)動(dòng)都能使其重心降低的物體，一定處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。若任何微小的運(yùn)動(dòng)都能使其重心降低的物體，一定處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)；若任何微小的運(yùn)動(dòng)都能使其重

9、心升高的物體，一定處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)；若任何微小的運(yùn)動(dòng)，既不能將其重心提高，亦不能使其重心降低之物體，一定處于隨遇平衡狀態(tài)之下。上圖實(shí)驗(yàn)儀器演示的“不倒翁”處于的平衡是穩(wěn)定平衡，因?yàn)槠渲匦谋容^低，任何微小的擾動(dòng)都將使其重心上升。因此，無論怎樣撥動(dòng)不倒翁都不會(huì)倒，前提是撥動(dòng)不能太大。7、演示離心力儀器離心力演示儀中，兩個(gè)轉(zhuǎn)盤之間用皮帶相連接，在大轉(zhuǎn)盤上裝有手柄，在小轉(zhuǎn)盤上裝有塑料籃，由于大轉(zhuǎn)盤與小轉(zhuǎn)盤的線速度大小相等，大轉(zhuǎn)盤角速度比小轉(zhuǎn)盤小，通過一大一小轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)角速度的增大。當(dāng)在塑料籃里面裝上浸水的棉花，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，棉花不能給水提供旋轉(zhuǎn)的向心力，水因此發(fā)生離心運(yùn)動(dòng)，離開棉花，從而實(shí)現(xiàn)甩干的

10、效果。這個(gè)裝置很好地模擬了洗衣機(jī)中甩干機(jī)的工作原理，在曲線運(yùn)動(dòng)向心力的教學(xué)過程中，可以用這個(gè)裝置展現(xiàn)生活中的離心運(yùn)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生利用向心力的知識(shí)來解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。8、離心軌道在離心軌道中，將小球在高處的軌道上釋放，小球可以順利到達(dá)豎直平面上圓形軌道的最高點(diǎn)，不會(huì)掉下來。根據(jù)受力分析及小球所需向心力的分析，若當(dāng)小球在最高點(diǎn)處于不會(huì)掉落也不會(huì)對(duì)軌道頂部產(chǎn)生壓力的臨界狀態(tài)，此時(shí)有 一個(gè)最小線速度的要求。在動(dòng)能和勢能的部分教學(xué)環(huán)節(jié)中，這部分分析計(jì)算是習(xí)題中經(jīng)常出現(xiàn)的內(nèi)容。利用該儀器可以設(shè)置一系列的連環(huán)問題，讓學(xué)生進(jìn)行解答，從而加深對(duì)該部分內(nèi)容的理解。 9、驗(yàn)證慣性定律儀器在驗(yàn)證慣性定律的實(shí)驗(yàn)儀器中，一

11、個(gè)金屬球自由的放在支架上，有一塊小鐵片墊在金屬球的下方，旁邊是一個(gè)金屬板，通過沖量可以使金屬片射出。本實(shí)驗(yàn)主要觀察的是金屬球的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是怎樣的，是靜止在原地還是隨同金屬片飛出。 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是金屬球靜止在原地，此實(shí)驗(yàn)說明了物體具有保持原有的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，即慣性。10、水波演示儀 波是物理學(xué)中的一個(gè)重要內(nèi)容，不管是水波、聲波、光波或者其它類型的波，其原理或傳播性質(zhì)基本上都一樣，因此水波的研究可起到觸類旁通的作用。通過水波演示儀可以展示關(guān)于波的多個(gè)實(shí)驗(yàn)，如波的傳播、波的反射與折射、波的衍射、波的干涉等。通過調(diào)節(jié)振動(dòng)器的頻率和振幅達(dá)到波的衍射和干涉的條件。本實(shí)驗(yàn)利用投影儀將水的波動(dòng)呈像在毛玻璃上，便

12、于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。11、驗(yàn)證做功與能量的轉(zhuǎn)化儀器 以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置分別展示了摩擦做功和壓縮氣體做功兩種轉(zhuǎn)化為熱能的形式。左圖裝置中，通過繩子摩擦金屬管壁做功轉(zhuǎn)化為熱能，金屬管內(nèi)乙醚受熱揮發(fā)體積膨脹，膨脹氣體做功將金屬管上的小木塞噴出。右圖裝置中，迅速壓下金屬棒，金屬棒壓縮容器內(nèi)的空氣做功，動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能，達(dá)到浸有乙醇的棉花的著火點(diǎn)，棉花將會(huì)被點(diǎn)燃。12、驗(yàn)證作用力與反作用儀器該裝置中間有一個(gè)漏斗，漏斗的下面有兩根細(xì)管，兩根細(xì)管相互平行但是開口方向恰好相反。從上面漏斗口向下倒水，水可以從漏斗里面流出，由于下面兩個(gè)細(xì)管的出口不同，水流出的方向?qū)⒁矔?huì)相反，由于水與容器壁作用力與反作用力的的作用

13、，漏斗會(huì)在盤內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。該裝置利用的原理非常簡單，在牛頓第三定律的教學(xué)過程中，利用該裝置讓學(xué)生觀察思考作用力與反作用力，可以讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)物理學(xué)中簡單而對(duì)稱的美。13、驗(yàn)證單擺周期與擺長的關(guān)系儀器 用直尺將一排小球撥到相同的高度并靜止釋放，從裝置的側(cè)面觀察，一排小球由于處于空間的不同位置而構(gòu)成美麗的弧線。這是利用了單擺周期與擺長的關(guān)系的原理制成的。在單擺的教學(xué)過程中，可以向?qū)W生展示這個(gè)教具美妙的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生探究單擺周期的影響因素。四、 實(shí)驗(yàn)體會(huì)物理對(duì)于很多學(xué)生來說是一門抽象深?yuàn)W的學(xué)科，因?yàn)槠渲械暮芏喽ɡ砗透拍钍浅橄蟮碾y以理解的，通過本次實(shí)驗(yàn)使我意識(shí)到通過好的教具往往可以很好地激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，進(jìn)而很好地克服物理教學(xué)枯燥深?yuàn)W的缺陷?？偨Y(jié)歸納本次實(shí)驗(yàn)中的教具，可以發(fā)現(xiàn)一件好的教具應(yīng)該是制作工藝簡單的、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀的、實(shí)驗(yàn)效果富有趣味性或是優(yōu)美的或是與學(xué)生的日常思維存在較大差異的。因此在教具的設(shè)計(jì)過程中往往滲透了放大、轉(zhuǎn)化、對(duì)稱、守恒等很多重要的物