胡浩然 盧文靜

摘 ?要：“伽利略斜面實驗”是一個經典實驗，但是在現有的教材中對其實驗設計有一定的設備要求，不利于我們快速有效的開展實驗。因此，我們需要通過運用生活器材，對“伽利略斜面實驗”裝置進行改進，使其更加容易實現，便于我們隨時隨地的開展實驗。

關鍵詞：伽利略斜面實驗;改進;生活器材

引言

“伽利略斜面實驗”是一個理想實驗，是一個忽略某些客觀次要因素通過想象設計的一種實驗設計。但是它不是憑空產生的，它的核心理論是建立在實踐基礎上的，其目的是為了通過理論分析，預測理想實驗條件下得出的最正確結論。它的基本實驗內容是：一個小球沿著導軌斜面，從某一高度由靜止狀態(tài)開始下滾，經過“V”型導軌最低處，在慣性作用下沿另一斜面向上滾動，到達略小于原高度時速度為零，之后再滾回去，往復這一過程，每一次到達極限時，其高度都比上一次的下滾高度略小，直至停止在“V”型導軌底端。這一實驗能夠有效證明：力不是維持物體運動的原因。這也是牛頓第一定律的基礎，有效的開展試驗有利于我們更好的理解牛頓第一定律。為保證“伽利略斜面實驗”的有效性和便利性，我們要善于利用生活器材來改進“伽利略斜面實驗”裝置。

一、器材準備

首先我們需要一個斜面，我設計了兩種方案。一種是運用裝修剩余的邊角料，制作一個木制斜面。這需要一塊長100cm，寬5cm，厚0.2cm的薄木板;一張課桌;書本若干;直尺兩把;一顆小鐵球;棉布一張;一支彩筆。

而第二種方法只需要一把鋼卷尺和一顆玻璃球。由于鋼卷尺的承受力有限，一但超過一定數值就會發(fā)生彎曲，使實驗無法進行下去，所以我們選用質量較輕的玻璃球，而且玻璃球尺寸也剛好能夠在鋼卷尺的凹槽里滾動。

二、制作方法

（一）支座安裝

采用第一種方案來進行實驗時，需要先將課桌靠墻，將準備的的書本分兩摞。一摞擺在課桌的一端，緊靠墻壁。另一摞放在課桌的另一端，將直尺夾在兩張課桌的接縫處，讓書本緊靠直尺，使直尺起到固定書本的作用，防止書本在下一步操作中發(fā)生滑動。這樣支座就算安裝好了。

利用鋼卷尺的方案，不需要事先安裝支座。

（二）軌道設置

在第一種方案中，我們準備了薄木板，它有較強的柔韌性，我們將它的兩端搭在之前放置好的兩摞書上，只需將中間輕輕下壓，就能夠形成一個滿足實驗需求的斜面。若需要固定，可以在薄木板與桌面的接觸部位涂抹膠水。但考慮到實驗的臨時性，我們需要有兩名同學來進行實驗，一名壓住木板另一名進行下一步操作。

利用鋼卷尺進行“伽利略斜面實驗”的軌道設置，只需將鋼卷尺的拉出一段，將其中的一端固定在墻壁上，輕輕向下一折，就能夠形成一個“V”型的軌道。為保證軌道的穩(wěn)定性鋼卷尺的彎曲處的最低點要與地面接觸。因此，固定端的高度要充分合理，確保鋼卷尺彎曲段觸地時，鋼卷尺能夠維持一個較為合適的坡度。

三、實驗演示及結果驗算

第一種方案的實驗：首先，將白色棉布鋪在木板斜面上，然后用彩筆將小鐵球表面涂色，讓小鐵球從木板的一端由靜止開始滾動。觀察小球的運動過程，小鐵球會在白布上留下滾動痕跡，從痕跡顏色的深淺，能夠判斷出是小鐵球第幾次留下的痕跡，從而判斷小鐵球在來回滾動中的變化。將白布撤掉，讓小鐵球從木板的一端同一位置開始由靜止向下滾動。由于沒有了白布，減小了接觸面的摩擦力，小球到達最高點的高度更加接近釋放點的高度。由此我們能夠發(fā)現，接觸面的摩擦力對小球滾動造成的影響。因而，我們可以做出這樣的假設，如果木板絕對光滑，那么小球每一次到達最高點的高度都會與上一次相同。

我們將固定一側書本的直尺抽出，向遠離另一側的方向移動書本，下壓點不變的情況下，將小球從墻壁一端的木板上釋放。通過觀察我們發(fā)現，小球到達與之前相同的高度需要運動更遠的距離。再次移動書本，使木板坡度更小，重復上述過程，小球運動的距離越來越遠。那么我們又可以做出這樣的假設，當我們撤掉一側的書本，使木板的一端呈水平狀態(tài)且長度無限，同時木板與小球接觸面的摩擦力為零，當釋放小球以后，小球會不會一直運動下去？通過理論計算我們發(fā)現，當摩擦力為零，并且小球不受到其它力干擾的情況下，將一直運動下去。由此我們能夠得出結論：運動不需要力來維持。

第二種方案的實驗：將玻璃球放置在鋼卷尺的凹槽內，利用鋼卷尺原有的刻度，記錄玻璃球開始滾動的刻度，釋放小球后，要注意不可移動鋼卷尺。記錄鋼卷尺幾次滾動至最高點的數值。之后可以提高鋼卷尺的一端，并改變與地面的接觸點，從而達到與第一種方案中移動書本同樣的效果，合理進行實驗。通過記錄和分析數據，我們同樣能夠得出運動不需要力來維持的結論。

對比兩種方案，第一種能夠改變接觸面的摩擦力大小，可以比較直觀的感受摩擦力不同帶來的變化，同時實驗過程也較為穩(wěn)定，得出的數據也較為準確。但是這種實驗方案需要的材料較多，過程比較復雜。第二種方案雖然實驗結果會有誤差，但是其實驗過程簡單易操作，而且實驗材料只需要兩種，還能夠單人完成實驗。

結語

物理知識的學習需要我們發(fā)揮創(chuàng)造力和行動力。尤其是在物理實驗的設計學習中，我們不但要明白其中的原理，還要有能夠通過實驗證明其正確性的能力，而利用生活器材改進物理實驗，能夠更加方便我們設計和實施實驗，有效提高我們學習物理知識的效率。

參考文獻

[1] ?楊君，丁慶紅.關于伽利略斜面實驗的思考[J].物理教師，2018，39（06）：59-62.

[2] ?吉文忠，陳林橋.關于伽利略理想斜面實驗的改進裝置的探究[J].中學生數理化（學研版），2013（07）：10-11.