探究橡皮泥的弹性形变实验

窦 林

（1.南京师范大学教师教育学院，江苏南京210097；2.南京市第29中学，江苏南京210097）

探究橡皮泥的弹性形变实验

窦 林1，2

（1.南京师范大学教师教育学院，江苏南京210097；2.南京市第29中学，江苏南京210097）

教学过程中，通常用弹簧演示弹性形变和范性形变，用橡皮泥演示范性形变.而橡皮泥是否会有弹性形变过程，本文将利用激光器和平面镜等材料，采用放大法，对该问题进行了研究.结果发现在橡皮泥的弹性限度以内，也会发生弹性形变，超过它的弹性限度，它将发生范性形变.

弹性形变；范性形变；橡皮泥

1 引 言

在苏科版物理八年级下第八章第一节“弹力”的教学过程中，教师通常是用橡皮泥和弹簧做演示实验来讲解范性形变和弹性形变的.教师将橡皮泥放在手上，用手挤压橡皮泥，使橡皮泥的形状发生变化，当橡皮泥发生形变以后，它的形状不能恢复到挤压之前的形状，这种形变就是范性形变.然后再手拉弹簧，使弹簧的长度伸长，当松开手以后，弹簧又恢复到了原来的长度，这种形变就是弹性形变.接着教师会通过不断加大拉力来拉弹簧，使弹簧发生范性形变，即松开手后，弹簧不能恢复到拉之前的长度，通过该实验说明，弹簧具有一定的弹性限度，在弹性限度以内，弹簧会发生弹性形变，当弹簧伸长的长度超过它的弹性限度时，弹簧会发生范性形变.在讲授的过程中，笔者不禁有了这样的疑问：是不是橡皮泥也具有一定的弹性限度呢？在橡皮泥的弹性限度以内，橡皮泥是不是会发生弹性形变呢？

教材上是这样给弹力下定义的：当物体发生弹性形变时产生的力称为弹力.压力、拉力、支持力都属于弹力.那么1块木块放在桌面上，由于木块和桌面之间的挤压，会使木块和桌面都发生微小的形变，木块发生的形变产生对桌面的压力，而桌面产生的形变提供对木块的支持力.当然这个形变不能被直接观测出来，可以通过书上的演示实验来让学生看到桌子产生形变以后所产生的效果.教学过程中，笔者不禁有了这样的思考，当1块橡皮泥放在桌面时，桌面会产生微小的形变而产生支持力，因为力的作用是相互的，桌面给橡皮泥支持力，那橡皮泥必然要给桌面压力，这个压力是哪儿来的呢？是不是橡皮泥产生范性形变而产生的力呢？但是压力是弹力，而对弹力的定义是当物体发生弹性形变时产生的力，橡皮泥给桌面的压力既然是弹力，那这个弹力必然是橡皮泥发生弹性形变以后所产生的力.这与之前的假设产生了矛盾，是之前的假设错了呢？还是课本对弹力下的定义错了呢？为此，探究了橡皮泥弹性形变.

2 实验探究

首先，实验思路和教材上的观测桌子微小形变是一致的（如图1）.

在桌上放上1块立方体的橡皮泥，橡皮泥块的厚度为3cm，然后在在橡皮泥上面固定带有底座的平面镜，平面镜与水平面的夹角是60°.这时在正对平面镜处固定激光器.打开激光器，在正对着平面镜的墙上会有激光光斑（墙与激光器的距离为5m），记下光斑的位置.然后向平面镜的底座上加砝码，增加平面镜底座对橡皮泥的压力，这时墙上的光斑会发生移动.然后取下放在平面镜底座上的砝码，发现光斑又回到原来的位置.通过此实验，发现橡皮泥在这个过程中发生的形变是弹性形变.表1为实验结果.

图1 观测桌子微小形变

表1 实验结果

通过观察表1，发现平面镜对橡皮泥的压力为1.6N时，橡皮泥发生的形变还是弹性形变，但是当平面镜对橡皮泥的压力为1.7N时，橡皮泥发生的形变就变成了范性形变.

但是这组实验数据就能说明问题吗？会不会就是平面镜底座发生的微小形变而导致的光斑移动呢？因为砝码是直接与底座接触的，砝码会给底座压力，压力必然会使底座产生微小形变，是不是底座的微小形变导致光斑发生移动呢？于是笔者改进了实验仪器.

把平面镜直接固定在橡皮泥上，然后使平面镜与水平面成一定的角度（如图2所示），这时打开激光器，墙上出现光斑，此时不好用砝码，只好用镊子向下按平面镜.实验现象也很明显，光斑发生了很大的移动，并且把力撤销以后，光斑还能恢复到原位.用同样的方法做了很多次的实验，发现实验中很难保证镊子在对平面镜施加压力的过程中平面镜与水平面的角度不发生改变.

图2

于是又将实验做了改进（如图3所示），使平面镜固定在橡皮泥上，但是使平面镜与水平面的角度为90°，这时比较容易控制压力，接着使激光器与水平面成一定角度，观察打在墙面上的光斑.用这样的方法又做了几次实验，发现光斑移动得非常明显.

图3

通过以上的实验，发现橡皮泥也是有一定的弹性限度的，在它的弹性限度以内，橡皮泥所发生的形变是弹性形变，超过了它的弹性限度，它将会发生范性形变.可以通过以上的实验来观测出橡皮泥所发生的弹性形变.

3 结束语

在做实验的过程中，笔者认为橡皮泥的弹性限度应该与橡皮泥周围的温度、湿度、橡皮泥的本身的柔软程度、橡皮泥的厚度和镜子的接触面的大小以及本身的湿度都有很大的关系，所以本文只探究了橡皮泥是否会发生弹性形变，而没有探究橡皮泥的弹性限度.

［1］ 张前军.探究弹簧自重对形变量的影响［J］.物理实验，2010，30（2）：20－21.

［2］ 姜源，王维，徐菁华，等.演示记忆合金弹簧的形状记忆效应的实验设计［J］.物理实验，2010，30（2）：31－33.

Exploring the elastic deformation of plasticene

DOU Lin1，2
（1.School of Teacher Education，Nanjing Normal University，Nanjing 210097，China；2.No.29Middle School of Nanjing，Nanjing 210097，China）

Usually，spring was used to demonstrate elastic deformation and plastic deformation，while plasticene was only used to demonstrate plastic deformation.In order to explore whether plasticene possessed elastic deformation，an amplification method was adopted by using laser and mirror.The experiment results indicated that within the elastic limit，it really had elastic deformation process，but after the elastic limit was exceeded，the plastic deformation occurred.

elastic deformation；plastic deformation；plasticene

G633.7

A

1005－4642（2012）08－0019－02

［责任编辑：尹冬梅］

2012－04－11

窦 林（1989－），男，江苏扬州人，南京市第29中学教师，教育硕士研究生，从事初中物理教学工作.