小玩童科技小制作——摆的实验手工科学实验教程

牛顿摆是一个1960年代发明的桌面演示装置，五个质量相同的球体由吊绳固定，彼此紧密排列。牛顿摆是由法国物理学家埃德姆•马略特167年提出的。通过下面的幼儿实验材料让我们一起来探究其中的原理吧！

实验重点：

初步了解能量守恒原理

实验目的：

理解弹性碰撞中的能量守恒定律实验认知：牛顿摆又名牛顿摇篮，它是由若干个悬挂在框架上的小球组成，小球之间要无缝隙，刚好接触。由于牛顿摇篮演示的各种碰撞现象，源于牛顿力学的基本原理（动量守恒、动能定理等），又因牛顿摇篮小球碰撞后摆动的样子很像婴儿的摇篮在摆动，所以大家把这个实验道具起了一个有趣的名字叫牛顿摇篮。

五个球，如果拿起左边一个，击打后，右边起来一个，然后进入循环。这好像很容易用弹碰得传递来解释。可是左边拿起两个球，为什么右边跟着起来两个呢？三个球，中间那个会左右两边摆来摆去，这是为什么呢？

这个问题是这样考虑的：首先基本假定是发生完全弹性碰撞且碰撞是在一瞬间发生即速度交换是一瞬间完成的，那么拿起右边两球时，设两球下落到最低点未碰撞时速度均为v，当靠左的球与中间球碰时，最右的球还具有速度v，它还没发生碰撞；而此后中间球具有速度 v，而右边数来第二个球速度降为零，此时最右边的球就将速度v传递给它，所以这样一来就是右边第二球与中间球具备速度v；以此类推，最终造成左边两球均弹起的情况。

直观理解就是速度v在球之间传来传去，三个球情况也类似。这一过程的关键所在就是碰撞的先后，要认识到之所以有碰撞，就是因为两球具备不同的相对速度，那么一开始不管落下几个球，最先发生碰撞的必定是最靠近静止球的那个，碰后它自身成为静止，又导致离它最近的下落球与之相碰，最终造成速度传递。从而你说的弹起来更高的情况，就要求靠静止球较远的球先碰，再传递到最靠近静止球的球上，这是不可能的，因为较远的球速度开始都一样，不可能有碰撞，也就谈不上速度传递。

实验步骤：

1.实验准备：认识实验器材:多孔杆、立柱、螺丝、球、底座、棉线、软赛铁丝、支架

2.把四根立柱分别插在两块底座上，把两根多孔杆用螺丝与四根立柱连接固定。铁丝支架的用途，是挂五个球时作定为参照物使用的，先把它插在两个底座上待用。

3.把棉线分成五等份剪开，然后分别穿过球上的环在棉线的中间打死结。

4.先在一根多孔杆中间的五个孔上，把每个球上的一根线单次穿过小孔后，塞上软塞固定，不让棉线松掉;同样把球上棉线的另一个头，穿过对应的杠上小孔，用软塞固定；

5.用铁丝支架作参照物，拉动棉线分别调整五个球的位置，让它们保持同一个高度和一条直线上才是到位；最后取下铁丝支架。

提示：幼儿科学实验材料开始操作实验前都要让五个小球保持静止状态。

知识拓展：

在这种摆的经典模型中，位于一端的一个球可以撞击与其处于一直线上的相邻的那个球，然而只有位于直线另一端的那个球才会移动，其他的球都处于静止。量子牛顿摆中含有上百个原子，而不只是五个球。这些原子不总是相互反弹，它们经常还会互相穿越，但其中的物理本质同经典模型是一样的。另一个区别在于几乎所有的原子自一开始就处于振荡状态，当然经典牛顿摆中也同样可以做到。

实验结果：

通过学习知道牛顿摆的原理，掌握本节所学内容。