在本周的周测卷中遇到了一个瞬时加速度问题,引发了不少同学的争议,为了彻底弄清这一问题,决定让实验说话。 通过理论探究、实验探究和全真模拟,发现长弹簧两端小球下落的加速度变化规律,有惊喜,更有意外。 一、试题回放 用细线将A球悬挂在天花板上,A、B两球质量相同,之间用弹簧连接,B球自然下垂,系统处于静止状态,现剪断细线,在剪断细线的瞬间,A、B两球的加速度分别是多大? 二、参考解析 理论分析只能利用牛顿第二定律的瞬时性,从弹簧的长度不能突变入手,容易得到A 球的瞬时加速度为2g,竖直向下,而B球的瞬时加速度为零。 三、实验检验 为了给出令人信服的结论,我决定做一个实验,让我的学生亲眼看到实验现象。浙江金华名师吴琦芳老师曾经送给我一个金属长螺旋弹簧,我就用这个长弹簧了。 晚自习时间,我在教室内做了演示,为了增大可见度,只能把装置高高举起,为了举到最大的高度,我也是尽力了。 4班实验助手跳上角柜。 4班在观看实验演示。 9班实验助手跳上角柜。 9班在观看实验演示。 弹簧太长,就算是学生站到了最高处,弹簧下端的小球也不过刚刚与课桌齐平,中间的学生只能站立,而后排的学生只能站在凳子上。 实验现象只有零点几秒,一眨眼的功夫,实验就结束了。 为了把短暂的物理过程放慢,以方便仔细观察分析,我决定进行户外实验,用慢镜头录像,展示实验的细节。 四、户外录像 用胶带将两个大球分别固定在长弹簧的两端,在校园里的室外楼梯上做实验,安排一位青年教师用手机拍摄装置下落的慢动作,发现实验现象与想象的还是有些不一样的。 全屏播放,实验现象毫发毕现。 实验现象与预想不一致的地方是:下端的小球是在弹簧完全收缩之后才开始下落的。 在网上看到一个实验录像,与我的实验完全一致,但是分析和研究更加深入,值得学习。 五、全真模拟 为了保险起见,我决定在MSC.WORKINGMOEDL.2D中进行全真模拟,看看结果如何。 显然,细线剪断的瞬间,红球的加速度为2g,绿球的加速度为0,随着时间的延续,红球的加速度逐渐减小,绿球的加速度逐渐增大。 全真模拟演示与实验现象基本吻合,唯一的偏差就是:模拟实验中绿球在弹簧收缩以后就有了向下的加速度;真实实验中绿球在弹簧收缩完毕之后才有向下的加速度。这种差别,正是轻质弹簧与实际弹簧的差别。 | 焦作十一中创新工作室 | 河南焦作十一中创新工作室是焦作市第十一中学青蓝工程中率先推出的名师工作室,是焦作市极具影响力的教育公众平台,以创新教育为主要研究方向,分享创新案例,讲解创新方法,启迪创意设计,指导论文写作,组织参加科技创新大赛和专利申请,发现、培养和成就一批具有创新潜质的学生。 河南公众号码:huaihua_zhang 河南学校主页:http://www.jzsyz. 河南名师博客:http://blog.sina.com.cn/updays
|
|