最新发明打破学界思维惯性 牛顿摆摆球质量不必相等

2020年6月份，当时还是准大学生的阿尧在与微主围绕从对2020年北京市普通高中学业水平等级性考试物理卷第13题的质疑和分析中受到启发，设计制作了一款新型牛顿摆。

近日，这款新型牛顿摆设计方案荣获国家专利，证书下发。

专利证书

这道试题以牛顿撞球为背景，但是设问已经超出了牛顿撞球的范畴，因为牛顿撞球的小球质量都相等，且碰撞都是弹性的，而本题讨论了质量相等、质量不等、弹性碰撞和非弹性碰撞等多种可能情形。也就是说，即便是在考场上每人发一个牛顿撞球，对做题也不会有太大的帮助。

2020年北京市高等级性考试物理卷第13题

在微主的指导下，阿尧在WorkingModel中改变小球的质量和恢复系数，实现对该题的全真模拟。

在WM系统内创建3个大小相同的小球，用细线将它们并排悬挂起来，设置它们的质量相等、摩擦因数都为零，恢复系数都为1。

新型牛顿摆仿真

随后赋予红球一个向左的初速度，红球就会向左运动，继而返回撞击绿球，继而交换速度，周而往复。

在WorkingModel中进行多次尝试后发现，当两边小球质量与中间小球质量的比为4.2左右时，即牛顿撞球的质量比按照4.2：1：4.2：1：4.2排列时，实验效果与质量比按照1：1：1：1：1排列时的实验效果相同。

该项探究不但对2020年北京市普通高中学业水平等级性考试物理卷第13题的参考答案做了补充完善，而且产生了设计制作新型牛顿摆的创意。

我们当即网购了一批大小不等的钢球，在焦作市创客教育名师工作指导专家、顺时针魔方俱乐部技术总监李璐老师的协助下，将质量和大小不等的新型牛顿摆制作完成。

效果检验

新型牛顿摆模型

成品效果

碰撞细节

2020年8月25日，实用新型专利申请书和发明专利申请书提交；2020年8月27日，研究论文线上投稿；2020年10月2日，研究论文被中文核心期刊《物理教学》杂志录用，将于近期公开发表；2021年1月1日，实用新型专利授权公告发布，实用新型专利证书下发；发明专利目前处于实质审查阶段。

新旧牛顿摆的对比

此款摆球质量不等的新型牛顿摆，是对动量守恒定律和机械能守恒定律演示实验的丰富和完善，是对传统牛顿摆的改进和拓展，可以改变人们长期以来对牛顿摆形成的刻板印象，对打破思维定势，普及科学知识，是十分有益的。

| 创客焦作 | 

河南创客焦作是焦作市创客教育名师工作室的微信公众平台，以创客教育为主要研究方向，分享创客案例，讲解创新方法，启迪创意设计，开展科学探究，组织社会调查，指导论文写作，参加创客大赛和专利申请，发现、培养和成就一批具有创新潜质的学生。

河南公众号码：chuangkejiaozuo

河南名师博客：http://blog.sina.com.cn/updays