探究重力势能的大小与哪些因素有关的实验装置的改进

探究重力势能的大小与哪些因素有关的实验装置的改进

一、实验的作用

本实验是人教版九年级物理第十五章第四节《动能和势能》中的实验:探究重力势能的大小与哪些因素有关?此实验可得出:重力势能与物体的质量和举高的高度有关。同时可为学生进一步理解能量、重力势能的概念有一定的帮助,可培养学生的观察和科研思维能力(控制变量法)。

二、教材关于此实验描述的局限

九年级人教版物理教材关于此实验只作这样的描述:请你做出猜想,然后用身边的物品,例如,书、纸、橡皮等进行实验,验证(或否定)你的猜想。可以从物体下落时的破坏力来判断它的势能大小。由于课本对能量是这样概括:“一个物体能够做功,我们就说它具有能量。”而对功是这样描述的“物体在力的作用下,沿力的方向上通过了一段距离,这力就对物体做了功,所以做功要包括两个因素,一是作用在物体上的力,二是物体在力的方向通过的距离。功等于力乘以力的方向上所通过的距离。”如果按课本以物体落时的破坏力来判断它的势能大小,学生不易理解、不易根据功的计算公式判断它做功的大小。故笔者对这个实验进行了改进。

三、实验创新之处

1.用双球、双轨道进行实验。

2.用做功的大小判断势能大小代替用破坏力大小判定重力势能大小。

3.学生可观察到、质量不同的两个小球从同一高度同时下滚相同的斜面长度、同时碰撞木块,移动的距离不同。增强了实验的趣味性,直观性。

4.学生可观察到,质量相同的两个小球从不同高度同时下滚,碰撞相同木块,移动的距离不同。增强实验结果的趣味性,直观性。

四、实验教学设计

1.实验目的

(1)通过实验直观地显示出重力势能与物体质量和举高的高度有关。

(2)培养学生的观察和科研思维能力。

(3)激发学生对物理学的兴趣。

2.实验器材

三个铁球(其中有两个质量相同),两块相同的木块,木板和斜面(装有三个轨道,其中两个完全相同,还有一个轨道的高度要高,长度要长一点)。

3.实验过程

实验一:

(1)把木板和斜面放在水平台上,在轨道末端分别放上木块。

(2)把两个质量不同的铁球放在同一高度的轨道上。

(3)让两个质量不同的铁球同时下滚(观察两球同时碰撞木块、木块移动)。

(4)比较离木块被撞后移动的距离。

(5)表格:

(6)结论:高度相同的物体,质量越大,重力势能越大。

实验二:

(1)把木板和斜面放在水平台上。在轨道末端分别放上木块。

(2)把两个质量相同的铁球分别放在高度不同的轨道上。

(3)两个球从静止同时下滚,(观察两个小球不同的碰撞木块,木块都移动)。

(4)比较两木块被撞后移动的距离。

(5)表格:

(6)结论:质量相同的物体,高度越高,重力势能越大。

4.综合上述得出实验结论

物体的重力势能由物体的质量和高度两个因素共同决定

五、实验结果评价

1.该实验简单,能直观地显示物体重力势能与物体质量和高度有关。

2.实验的趣味性、直观性很强,实验效果非常理想,学生反映非常强烈。

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