積木式重心實(shí)驗(yàn)探究

有關(guān)重心的實(shí)驗(yàn)包括重心的認(rèn)識(shí)、物體重心位置與形狀和質(zhì)量分布有關(guān)、均勻規(guī)則形狀物體重心在其幾何中心、懸掛法測重心和物體重心不一定在物體上等。一般實(shí)驗(yàn)演示需要很多器材，如許多形狀規(guī)則和不規(guī)則的物體，質(zhì)量分布不同的物體。以下是運(yùn)用搭積木思想，利用極簡單的材料，通過一物多用來高效完成有關(guān)重心概念的系列實(shí)驗(yàn)探究，體現(xiàn)了“低成本、高智慧”的實(shí)驗(yàn)思想。

1 實(shí)驗(yàn)材料

密度相差較大的兩種小木塊（如杉木與雜木）若干，規(guī)格均為1×2.5×2.5cm；雙面膠（常用的文具用品）；細(xì)線；小重錘。

2 實(shí)驗(yàn)探究

2.1 重心的認(rèn)識(shí)，重心位置的演示

（1）取同種小木塊，用雙面膠將其粘連成一長直木條子。如圖1所示。

（2）在長木條的中點(diǎn)O用細(xì)線將木條子懸掛起來，木條呈水平。

（3）每塊小木塊均受到重力作用，從效果上看，就好像各部分重力都集中到O點(diǎn)，O點(diǎn)即為木條子的重心。

2.2 均勻形狀規(guī)則的物體重心在其幾何中心

（1）用雙面膠將同種小木塊粘拼成長方形、正方形木板，如圖2所示。

（2）用直尺畫出木板的兩條對(duì)角線，其交點(diǎn)標(biāo)注O，即為木板的幾何中心。

（3）用雙面膠將細(xì)線一端固定在O點(diǎn)，另一端提起，將木板懸掛起來。木板呈水平狀。O點(diǎn)就是木板的重心。

2.3 懸掛法測重心，質(zhì)量分布均勻物體重心位置與形狀有關(guān)

（1）用雙面膠將同種小木塊粘拼成一個(gè)一般形狀的木板，如圖3所示。

（2）用雙面膠將細(xì)線一端固定在A點(diǎn)，另一端系一小重錘。從細(xì)線中間提起，把木板懸掛起來，過A點(diǎn)懸掛重錘的細(xì)線AB就是垂線（木板邊緣有雙面膠，可將細(xì)線粘在其上，去掉重錘即可）。

（3）再另選一處D，用相同方法把木板懸掛起來，記錄過D點(diǎn)的豎直細(xì)線DE。

（4）細(xì)線AB和DE的交點(diǎn)C，就是薄木板的重心?？赏ㄟ^C點(diǎn)懸掛木板，木板呈水平來證明。

（3）在使用相同小木塊的前提下，僅改變粘拼成的木板形狀，如將圖3中用陰影表示的兩小木塊移到虛線表示的位置，重復(fù)上述步驟確定薄木板的重心位置，計(jì)為C′。

（4）顯然，C與C′位置不重合，說明物體重心位置與形狀有關(guān)?？梢匀我飧淖儽∧景宓男螤疃嘧鰩状巍?/p>

2.4 物體重心位置與質(zhì)量分布有關(guān)

（1）用形狀相同但密度相差懸殊的小木塊，更換上述研究質(zhì)量分布均勻物體重心位置與形狀有關(guān)實(shí)驗(yàn)中粘拼成的薄木板中的某一塊，保持粘拼成的木板形狀不變。

（2）用懸掛法再確定該薄木板的重心位置，并與以前的位置比較，木板重心位置發(fā)生變化。

（3）同樣，再更換密度不同的一塊或幾塊小木塊，木板的重心位置隨之不斷變化。

2.5 物體重心不一定在物體上

（1）將小木塊粘拼成直角形狀的薄木板。

（2）在薄木板上再粘貼在一張大小相當(dāng)?shù)陌准垼杂涗洃覓鞎r(shí)懸線的延長線位置。如圖4所示。白紙的質(zhì)量遠(yuǎn)小于研究木板的質(zhì)量，可忽略不計(jì)。

（3）用懸掛法確定帶白紙木板的重心位置，方法同前。兩次懸掛時(shí)豎直線的交點(diǎn)，即木板重心位置顯然沒有落在木板上。

3 本系列實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

這是一個(gè)“低成本、高智慧”的實(shí)驗(yàn)。低成本是實(shí)驗(yàn)接近學(xué)生生活實(shí)際，器材簡單，取材容易。該系列實(shí)驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生通過自己動(dòng)手做來感受物理、學(xué)習(xí)物理，體現(xiàn)“做中學(xué)”的教學(xué)觀念。高智慧主要體現(xiàn)在：

（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用一物多用、搭積木組合的思想，較好解決實(shí)驗(yàn)條件的控制問題，即研究重心位置與形狀有關(guān)時(shí)，保證物體的同一性；研究重心位置與質(zhì)量分布有關(guān)時(shí)，保證物體的形狀不變。通過本系列實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生在習(xí)得重心知識(shí)的同時(shí)也訓(xùn)練了思維，深刻感受和體驗(yàn)了變式與創(chuàng)新。

（2）實(shí)驗(yàn)便于記錄，有利于突破教學(xué)難點(diǎn)。“重心位置不一定在物體上”對(duì)于初學(xué)者是最感困難的。教學(xué)中，大多僅作理論分析，學(xué)生缺少真實(shí)的感受。本實(shí)驗(yàn)?zāi)芮擅?、方便確定不在物體上的重心實(shí)際位置，讓學(xué)生看得真切，記得深刻。

(欄目編輯王柏廬)