v＜gr，水流星中的水會(huì)流出來嗎？

王中偉

摘要:本文就作者親歷的一次公開示范課上的演示實(shí)驗(yàn),提出了進(jìn)一步的反思和質(zhì)疑。

關(guān)鍵詞:水流星;演示實(shí)驗(yàn);質(zhì)疑;反思

中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-6148(2009)11(S)-0004-2

2009年4月25日,廈門市第六屆“激活課堂”高中新課程大型教學(xué)研討活動(dòng)在集美中學(xué)召開。筆者和廈門市另外兩所龍頭學(xué)校的老師上了三節(jié)示范課,三節(jié)課內(nèi)容相同,都是司南版物理必修2第四章第三節(jié)《向心力的實(shí)例分析》。

在備課時(shí),筆者就在思考怎樣上出新意,如何創(chuàng)新且合理地突破重點(diǎn)和難點(diǎn)。水流星是大家上公開課經(jīng)常做的實(shí)驗(yàn),筆者決定對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。取一個(gè)大的空塑料瓶,切去后半段、瓶壁上鉆三個(gè)小孔并系上三根繩子,瓶蓋蓋緊并裝上紅墨水,水流星就做成了。再另做一個(gè)一樣的水

流星,特別地,瓶蓋上用縫衣針鉆了七個(gè)小孔。創(chuàng)新之處就在于瓶蓋上這七個(gè)小孔,其創(chuàng)意的來源是用鉆孔的塑料瓶澆花。

以下是這一段教學(xué)過程的課堂互動(dòng)實(shí)錄:

師:水流星是雜技演員表演的一個(gè)節(jié)目。(取水流星,注入紅墨水)當(dāng)水流星轉(zhuǎn)到最高點(diǎn)時(shí),瓶口向下,水會(huì)流出來嗎?

生:可能吧?轉(zhuǎn)起來看看。(學(xué)生興奮起來,有的后排的學(xué)生站起來準(zhǔn)備看)

師:(先左右蕩幾下,突然加力,轉(zhuǎn)起來)看,沒有一滴水流出。

生:哇!(驚奇)

師:在最高處時(shí)的水處于什么運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)呢?

生:往上甩。

師:我們有沒有辦法來驗(yàn)證呢?(取瓶蓋鉆孔的水流星,介紹孔的來歷,注純凈水,避免紅墨水污染墻壁。注水時(shí),水已經(jīng)從孔中滴出,證明孔的存在。蕩幾下之后,加力甩,水流星在豎直平面內(nèi)作圓周運(yùn)動(dòng)。水從小孔中噴出細(xì)流,噴的很遠(yuǎn),黑板都濕了)

生:哇!

師:水確實(shí)往上甩!我轉(zhuǎn)的速度越大,水噴出的速度怎么樣?

生:越大。

師:逐漸減小轉(zhuǎn)動(dòng)速度,噴出的水的速度會(huì)越來越小。

生:(有個(gè)學(xué)生大聲插話)會(huì)掉下來。

師:對(duì),轉(zhuǎn)速小會(huì)掉下來。到最高點(diǎn)有沒有那樣一個(gè)合適的速度,水既不會(huì)向上噴,也不會(huì)向下掉?

生:(思考)

師:到底有沒有呢?

生:有。

師:確實(shí)有。那時(shí)候水不會(huì)向上噴,不擠壓瓶蓋,瓶蓋對(duì)水有作用力嗎?

生:沒有。

師:那水受什么力?

生:只受重力。

師:重力起什么作用?

生:向心力。

師:根據(jù)牛頓第二定律列方程 mg=mv2/r,得v=gr,此時(shí)瓶中的水恰好不流出,也不會(huì)噴出!

第二天,全體聽課老師在一起進(jìn)行教學(xué)研討時(shí),一個(gè)老師提出質(zhì)疑:v

筆者忽然想起,去年12月所上的一堂公開課講《超重和失重》。當(dāng)時(shí)做了一個(gè)實(shí)驗(yàn):純凈水瓶子側(cè)面鉆孔,瓶蓋上也鉆孔(這是第一次鉆孔,是為了消除大氣壓的影響),當(dāng)瓶子自由下落時(shí),水并不從側(cè)面的孔流出!那現(xiàn)在當(dāng)v

請(qǐng)注意,上面講到的那句話,說當(dāng)v=gr,水恰好“不流出”?？墒?如果空氣阻力不能忽略,那就不是完全失重狀態(tài),水流星的斜拋和水瓶自由下落會(huì)不會(huì)不一樣?空氣阻力會(huì)不會(huì)起明顯的作用,使水和瓶子的加速度不同,而使水流出?空氣阻力可以忽略嗎?在這里,大氣壓扮演什么角色?大氣壓會(huì)不會(huì)阻擋水流出?

散會(huì)后,在回家的途中,筆者和一位特級(jí)教師電話探討這個(gè)問題。他說沒有空氣阻力,水不會(huì)流出;有空氣阻力,水應(yīng)該流出。我很高興,因?yàn)榭諝庾枇隙ㄓ?。水如果流?說明我沒講錯(cuò)。

晚上,筆者還在思考。實(shí)踐出真知,為什么不做實(shí)驗(yàn)?做!

控制好力度,使水流星不能過最高點(diǎn),反復(fù)做的結(jié)果是:在水流星作斜拋運(yùn)動(dòng)過程中,沒有一滴水流出!當(dāng)水流星接近地面繩子伸直時(shí),水才由于瓶子的震動(dòng)而濺出。

但還是說錯(cuò)了?？諝庾枇Φ挠绊懣梢院雎?大氣壓對(duì)水流星的總合力為零。即使空氣阻力不可忽略,只要水和瓶子的加速度相同,就可以共同運(yùn)動(dòng)而水不流出。因此,應(yīng)該說,v=gr時(shí),水流星恰好不掉下來,v

但是,瓶蓋鉆孔的設(shè)計(jì)依然是很有新意的,很生動(dòng)地說明了水?dāng)D壓瓶蓋的看不見的力是存在的,語言表述需要修正。

難忘的一次演示實(shí)驗(yàn)!

(欄目編輯趙保鋼)