“探究重力势能”的创新实验设计

　　摘要：本文给出了一个测定重力势能大小的创新实验装置设计。
　　关键词：重力势能；创新；实验设计
　　中图分类号：G633.7　文献标识码：A　文章编号：1003—6148(2010)11(S)一0079—1
　　
　　重力势能是初中物理中一个非常重要的概念，也是培养学生探究能力的一个很好的素材。笔者受到打桩机模型的启发，制作了一套用于探究重力势能的大小与哪些因素有关的实验装置。现介绍如下，以飨读者。
　　实验装置的主要部分是小钢球，裹布木塞和两端开口玻璃管。小钢球相当打桩机上的重锤。裹布木塞相当于打桩时的木桩。玻璃管相当于大地。其它部分有铁架台、直尺、定位孔、调位线等。如图1所示。
　　
　　1　制作方法
　　
　　找到一根内径均匀玻璃管(可由实验室废旧量筒去底得到)。将保温瓶上的软木塞用刀子加工成直径比玻璃管内径稍小的圆柱体。然后裹上适当的棉布放入玻璃管中。为了能调整木塞的位置，可在木塞中心固定一根细线。命名为调位线。将红色的粘贴纸剪成细条，以lcm为间隔均匀地贴在玻璃管上。这样可以清楚地看出木塞移动的距离。找一块硬质塑料片，用针钻一小孔，用于固定小钢球下落的位置。命名为定位孔。把有关器材按图1所示的方法固定在铁架台上。调整相对位置即可。
　　
　　2　制作方法
　　
　　采用控制变量法，提高不同质量的钢球到不同的高度，松手让钢球自由下落撞击木塞，钢球对木塞做功，推动其下滑。木塞下滑的距离越大，说明被提高的钢球具有的重力势能就越大。
　　
　　3　实验特点
　　
　　(1)简易直观。所用器材全部源于实验室生活中的常见物品，易于加工，组装简单，便于推广。木塞下滑距离清晰可见，演示效果明显。(2)可以进行定量研究。可用弹簧测力计拉动木塞，测量出木塞在玻璃管中的滑动，然后通过测量木塞下滑的距离，计算出钢球对木塞做功的多少来定量分析其重力势能的大小。
　　(栏目编辑　张正