小学生最爱100个小实验 lab100-005

现象

热的弹力球和冷的弹力球的弹性不一样。

解释

弹力球是一种常见的儿童玩具,当弹力球撞向地面后,通常球会弹得非常高。让我们用一个玩具弹力球做一个有趣的实验。

将温度不同的球从同一高度放下,并比较弹跳的高度变化。

当加热时,其反弹高于正常温度,而当冷却时则降低。动量为什么会改变?

自然下落的球体的势能转换为动能。与地面碰撞时,球体中的部分动能转换为热能,球体的温度升高。但是,当球体的温度从一开始就很高时,它仅接收到很少的热能,并且在弹地后将更多的能量用于动能,因此其弹起更高。

相反,当球体的温度较低时,它会吸收大量的热能而动能较少,因此其弹跳性较小。

所需材料

小学生最爱100个小实验 006 tools

①一个弹力球②纸板2cm x 9cm
③接线盖(含胶带)④方格纸或定格纸
⑤手机⑥三脚架
⑦⑧冷水、热水各一杯⑨塑料袋

实验中使用的材料的详细信息

・手机应具有摄像功能;
・三脚架用于固定手机;
・冷水可用冰水,热水可用开水;

Step 1——如图,用胶带和纸板做一个三角板,用于踮起接线盖,构成一个发射台:

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Step 2——将发射台放在诸如桌子之类的坚硬表面上,然后在背面贴上一张方格纸或刻度纸。如图:

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Step 3——将相机放在三脚架上,以使整个图像出现。如图:

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Step 4——从发射台上放下弹力球,然后以视频拍摄模式拍摄。逐帧播放并测量弹跳的高度。如图:

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Step 5——将球放在塑料袋中,并在容器中的热水中浸泡约5分钟(注意热水烫伤!)。如图:

 


Step 6——从塑料袋中取出球,并按照①中的步骤测量弹跳的高度。如图:

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Step 7——将球放入塑料袋中,然后将其浸入容器中的冰水中约5分钟。如图:

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Step 8——从塑料袋中取出球,并按照①中的步骤测量弹跳的高度。如图:

小学生最爱100个小实验 06 08


成功实验的技巧

  • 弹力球的弹力因产品而异。试验多个球时,请选择具有相似排斥力的球
  • 即使是同一个弹力球,根据其击球位置也会有不同的弹力。如果要获取准确的数据,请进行多次测量并计算平均值。
  • 反弹球的表面应坚硬且无反冲。薄板和隔音地板并不适合,因为它们会吸收碰撞

温度与弹力之间的神秘关系

球温度的升高会增加碰撞时的排斥力,这是因为“能量守恒定律”。在碰撞进行之前和之后总能量不变,提高球体的温度以减少动能向热能的转化,将减少撞击后动能的减少,并产生更大的排斥力。


软橡胶和硬铁的弹性有什么区别?

弹力球在普通地板和地面上弹跳良好。铁球在普通地板和地面上弹跳不大,但是当掉落在非常坚硬的表面(如平板)上时,弹跳会很好。橡胶和铁弹跳方式不同的原因是什么?

橡胶具有其中许多分子三维地松散连接的结构。碰到地板等时,橡胶球变形并立即尝试恢复其原始形状。此时,大量的能量被用作动能以产生排斥力,而一些能量被用于产生热量和声音。

另一方面,铁具有晶体结构,其中铁原子规则排列。当铁球与坚硬的表面碰撞时,会产生很大的排斥力,但在不是很坚硬的表面上,被撞击的物体会变形,并将大量动能转化为热量和声音。

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