§3.6 训练六研究动能、势能相互

转化的演示

【训练目的】

【实验器材】

滚摆(J2123 型)、单摆、弹簧、钢球、自制水轮机模型等

【实验内容】

一、滚摆的实验

如图 3-36 所示，将滚摆摆体用结实的双线挂在支架横梁 A、B 处的小孔内。调节两悬线的长度使摆轴水平，并使 A、B 的距离略小于 C、D 的距离。

用手转动滚摆的轴，使悬线缠绕在轴上，滚摆上升。当滚摆上升到一定高度时，在支架的立柱上标出这个高度。然后将手松开，滚摆就旋转着向下降落，当滚摆下降到最低处，用手将滚摆接住。分析滚摆在下降过程中速度的变化情况。
重复上述动作，用手将滚摆上升到原来的高度。将手松开，让滚摆下降到最低处后向上旋转运动，当滚摆运动到可能达到的最大高度时，又用手把滚摆握住，分析滚摆在上升过程中速度的变化情况。
重复上述实验，使滚摆上下做几次滚动，观察滚摆势能、动能相互转化的情况。

由实验观察和分析，可以得出结论：如果没有空气阻力和其他因素影响，在动能和势能相互转化的过程中，机械能总量保持不变。

如图 3-37 所示，尽量选一根较长一点的棉线作摆线，悬挂在支架上某一点处。让摆球摆至某一高度时自由释放，摆球将在平衡位置附近作往复运动。摆至两边最高点时，摆球具有最大势能。摆球经过低点时，具有最大动能。如果空气阻力较小，摆球可以来回摆动多次才停下来。

这里不是讨论单摆的简谐振动，故摆角大于 5°也无妨。

如图 3-38，将一弹簧与一带柄小钢球连接起来，先将小球向下拉至最下端然后松手。小球将向上端运动并压缩弹簧，小球到最高点之后，又被弹簧向下弹，使小球向下端运动并拉长弹簧。观察小球运动情况，分析小球的动能与势能转化。

水轮机模型的制作及使用参看本书第六章§6.6 的内容。

【思考题】

自行设计一套实验教具，演示动能与势能之间的转化。