动能和重力势能、弹性势能相互转化实验的改进万源市河口中学 张长生在初中物理（教科版）机械能的转化一节的教学中，有关动能和重力势能间相互转化的知识，教材中运用了小孩荡秋千(单摆)的例子。在荡秋千过程中，上升过程，下降过程各阶段小孩的运动快慢，所处的位置（高度）都能看出来或感知到。所以，动能和重力势能间相互转化的知识教学难度不大。对于动能和弹性势能间的相互转化，教材中用了被压缩的弹簧将小球弹起的演示实验，这一演示实验具有可见度大，演示材料容易找到，实验的成功率高等优点。但也有很多缺陷，如实验时被压缩的弹簧恢复形变的时间极短，学生不易观察到；恢复过程中，弹簧的形变量的变化，小球的能量变化不易感知；教材中的演示实验只能阐明弹性势能向动能的转化，无法演示动能向弹性势能的转化。所以，学生在学习动能和重力势能、弹性势能相互转化的知识时理解的难度较大。结合我多年的教学经验，对教材实验进行了改进，制作了动能和重力势能、弹性势能相互转化的演示实验。本装置能解决教材演示实验所不能解决的问题，大大降低了教学的难度，效果显著。制作材料：长木块四块（A：40cm10 cm2 cm一块，B：45cm4 cm1 cm两块，C：38cm4 cm2 cm一块， D：13cm3 cm1 cm一块），滚摆，弹簧，细线，扳手，8号螺栓螺母，剪刀，铁片两块（制成L型，在较短的一边中间开一空槽，槽宽稍比8号螺栓的直径大。较长的一边上端开孔，孔径稍比滚摆转轴直径大一些）。润滑油（用机油或植物油）一瓶。制作方法：把长木块A、B、C制成一个框架，A做成底座，B做成高，C为横梁，在横梁下表面中央固定一小铁环或小铁钩，底座的中线上开两个孔，孔径比8号螺栓的直径稍大，根据滚摆转轴的长度用8号螺钉把L型铁片固定在底座的中线上，制成一个支架，并把滚摆放在支架上，调整支架至滚摆能够自由转动，并打上润滑油，尽量减小摩擦，把弹簧挂在横梁上的挂钩上，弹簧下端挂上小木块D，小木块下表面在等距的两端分别固定一个小铁环或小铁钩。用细线分别把小木块两端的铁环（铁钩）与滚摆轴两端的小孔连接起来，调节好细线的长度。在横梁和小木块上分别开两小孔待用。使用方法：1、探究动能和弹性势能的相互转化根据滚摆转轴的长度用8号螺钉把L型铁固定在底座的中线上，制成一个支架，并把滚摆放在支架上，调整支架至滚摆能自由转动，并在转轴上打上润滑油以减小摩擦，把弹簧挂在横梁上的挂钩上，弹簧下端挂上小木块D，小木块下表面的等距的两端分别固定在一个小铁环或小铁钩 ，用细线分别把小木块两端的铁环与滚摆两端的小孔连接起来，调节好细线的长度。实验时先用手转动滚摆，让细线缠绕在转轴上，此时，滚摆将通过细线把弹簧拉长，注意不要超过弹簧的弹性限度，松开手后滚摆就会转动起来。学生很直观地看到刚开始实验时，弹簧被拉长了，发生了弹性形变，具有弹性势能，滚摆处于静止状态，若以滚摆转轴的轴心线为参照，此时，滚摆的机械能为零，既而弹簧收缩拉动滚摆转动，弹簧把弹性势能转化为滚摆的动能。弹簧恢复到原状后，转动的滚摆会拉动弹簧使之伸长同时滚摆的转速减小渐至零（静止）。这一过程中滚摆的动能转化为弹簧的弹性势能。就这样重复上述两个过程实现动能和弹性势能的相互转化。（如图一）（图一 动能和弹性势能相互转化的演示实验）2、探究动能和重力势能的相互转化用扳手取下L型铁片，取下弹簧，用长螺栓把小木块D固定，并通过调整螺母的位置来调整小木块的高度，从而控制滚摆的高度以及小木块水平以便让滚摆转轴水平，实验时，用手转动滚摆，细线会随着滚摆的转动缠绕在转轴上，同时滚摆也被举高，在最高点静止的滚摆具有重力势能，既而滚摆下降、上升这样往复运动，在下降过程中，滚摆运动的速度增大，动能增大，滚摆的高度逐渐减小，滚摆的重力势能逐渐减小。滚摆的重力势能转化为滚摆的动能，上升过程，滚摆的速度减小，动能减小，滚摆不断被举高，重力势能增大，在这一过程中，动能转化为重力势能。在滚摆的往复运动中实现动能和重力势能的相互转化。（如图二）（图二 动能和重力势能的相互转化的演示实验）可行性分析：1、本装置在实验时现象直观、可见度高、适合班级和小组教学。2、本装置能同一装置演示说明多个现象，节省资源3、教材中关于动能和重力势能的相互转化用了单摆、滚摆实验，实验现象直观，效果好。而关于动能和弹性势能的相互转化，教材中只列举了弹簧将小球弹起和跳蹦床两张图片。作为农村中学而言，蹦床绝大多数学生未见过或仅在电视中见过。因此，无法让学生细致的了解其能量转化的过程。4、使用本装置能让学生直观的了解到各个能量转化过程中，各种能量的逐渐变化情况。是对教材演示实验的补充和完善。5、本装置也能用于介绍功和能等相关知识，如运动的滚摆能拉伸弹簧，从而对弹簧做功，可以说明运动的滚摆具有能量（动能）；被拉伸的弹簧能拉动滚摆转动，所以拉伸的弹簧可以做功，具有能量（弹性势能）。5