理想斜面实验的创新设计 

理想斜面实验的创新设计

◇ 吉林 王连文

【期刊名称】高中数理化 【年(卷),期】2017(000)002 【总页数】1

伽利略理想斜面实验(如图1所示)认为,在没有摩擦力的情况下,小球从左斜面A点沿斜面向下运动,向下的速度会越来越快;随后小球沿右斜面CD向上运动,速度会越来越慢,但小球会到达与左斜面的A点等高的高度．减小右斜面的倾角θ,例如变成斜面CE,虽然小球在CE上运动的距离变长了,但小球仍能够到达与左斜面A点等高的高度．如果右斜面变成水平面CF,由于小球不能到达与左斜面的A点等高的高度,小球将永远运动下去．

理想斜面实验是物理教学中一个非常重要的实验，笔者在教学过程中对实验进行了相关改进和创新．实验要求斜面无摩擦、斜面无限长．为解决斜面无摩擦的问题,尽可能减小斜面的摩擦,因滚动摩擦远小于滑动摩擦,用球体作为观察物体,同时用滑道代替斜面,一方面减少摩擦,另一方面使物体在下滑的过程中不至于滑出斜面．在解决斜面无限长的问题上,笔者想到理想斜面实验中物体在水平面做的是匀速直线运动．所以将2个光电门装在了水平的滑道上．用光电门记录速度．如果2个光电门记录的速度相等(在误差允许的范围内)，就说明物体在水平的滑道上做的是匀速直线运动．在解决2个滑道连接处要圆滑问题时,实验用弹簧来连接2个滑道．通过改进实验使学生能直观地看到理想斜面实验,从而使学生对牛顿第一定律的理解更透彻．

1 实验器材

铁棒2根(100 cm),带有刻度;铜球1个(直径2 cm);光电门2个;2 cm方形滑道2个(长150 cm、 70 cm);铁板(100 cm×15 cm×1 cm);调平钮4个;弹簧2个(5 cm);磁铁1块(20 mm×50 mm);显示器1个;水平仪1个,夹子2个．

2 实验装置制作方法

截取一块长100 cm,宽15 cm,厚度1 cm的铁板,4个角处安装调平钮各1个,将2个铁棒固定在铁板上,间距约100 cm,制备2 cm方形铝箔滑道2根,长度分别为 150 cm、 70 cm,斜面相对光滑,2个滑道分别固定到各自铁棒上．滑道另一端固定在磁铁上．在水平面安装2个光电门,防止水平仪进行平面调节．

3 实验操作步骤

1)将理想斜面实验演示仪放在水平桌面,将滑道按如图2所示固定好,调节调平旋钮使底板水平．

2)将玻璃球放在左侧滑道上,让其由静止开始滑下．观察其是否可以同一高度,重复做3～5次．

3)将右侧滑道与底板的夹角减小,固定好．然后将玻璃球再放在左侧滑道上,让其由静止开始滑下．观察其是否可以同一高度,重复做3～5次．

4)将右侧滑道调至水平,将光电门按如图3所示固定好,将玻璃球放在左侧滑道上,让其由静止开始滑下,观察通过2个光电门的速度是否相同,重复做3～5次．

4 结论

1)应用理想斜面可验证机械能守恒实验,通过带刻度的铁棒读出球的竖直高度H,通过光电门读出球通过光电门的速度v．

2)通过分析、推理和想象,揭示了“运动”和“力”的本质规律,在无外力作用下小球将一直做匀速运动,从而验证牛顿第一定律．