“口袋實驗”進課堂對提升物理教學實效性的提升作用初探

王勇

“口袋實驗”是通過簡單的設計，方便教師課堂教學而構思的實驗系列。牽連體模型經(jīng)常是速度分解、系統(tǒng)問題、動態(tài)平衡問題等多個高中物理教學中比較常見的模型：一根輕繩兩端聯(lián)系了兩個質(zhì)點或者兩根輕繩端點連接物體處于平衡狀態(tài)。此類問題在日常教學過程中經(jīng)常停留在紙面作圖、理論分析以及動畫課件的層面上，學生缺乏實際實驗的真實感受。

一、 牽引繩教具結構

1. 非彈性繩

使用棉質(zhì)細線60cm長，要求該細線白色不可伸長。細線一端拴單擺小鋼珠，直徑1cm，另一端系在一圓柱形磁鐵上，厚度約為0.5cm，直徑1.5cm，該圓柱形磁鐵圓心處有螺絲，可用來拴住細線一端打結固定。再取另一枚圓柱形磁鐵，厚度為1cm，直徑為0.8cm，要求磁力較強，能吸引在黑板上， 能承載500g左右的砝碼重力；圓柱形強磁鐵側面較光滑，主要做為定滑輪使用。米尺1把，粉筆若干，教學用量角器1把。教具完成后其結構如示：

2. 彈性繩與非彈性繩組合

使用橡皮筋一根，自然長度15cm，要求自然長度狀態(tài)下較直，拉伸長度極大值約為40cm左右；棉質(zhì)細線，長為60cm；小鋼珠、強力磁鐵、圓柱形磁鐵等規(guī)格同1.1（非彈性細繩）。該教具組建后如示2：

二、 教具對速度的分解問題的定量分析

1. 問題：如圖所示，用跨過定滑輪的繩把湖中小船拉靠岸的過程中，已知船以恒定的速度v勻速直線運動靠岸，則在岸邊拉繩的速度（ ）

A.逐漸減小 B.逐漸增大 C.保持不變 D.先增大后減小

解析：船的運動分解如右側示意圖：

將小船的速度v分解為沿繩子方向的v1和垂直于繩子方向的v2，則：v1=vcosθ；當小船靠近岸時，θ變大，在岸邊拉繩的速度逐漸減小.故選A.

2.教具演示分析：

A. 以強力磁鐵代替滑輪，小鋼珠代替牽引繩端其運動速度為v，圓形磁鐵代替小船，其速度為v。

B. 將棉質(zhì)細線繞過定滑輪，豎直一側保持豎直方向不變；另一側細線與豎直夾角應盡量大一些為佳（70o左右）；先定性演示——將圓柱形磁鐵向左沿直線靠近豎直線，可以明顯的觀察到小鋼珠下落運動是先加速后減速。

C. 將圓形磁鐵水平勻速直線運動軌跡在黑板上用粉筆繪制一根直線，在直線上用一定的長度S將直線等距離分割若干段，并標注ABCD等各點。

D. 細繩跨過定滑輪強磁鐵，讓鋼珠自然下垂與黑板表面盡量不接觸。將圓形磁鐵分別移動到ABCD等各點位置，并同時用粉筆標記出小鋼珠各點對應的位置ABCD。

結論：由ABCDE各點間隔數(shù)據(jù)可判斷小鋼珠減速直線運動，即：在岸邊拉繩的速度逐漸減?。徊⑶壹铀俣戎饾u增大。

三、教具對動態(tài)平衡問題的分析

1. 問題：在傾角為θ的斜面上有一塊豎直擋板，在擋板和斜面之間有一重為G的光滑小球，如圖在擋板緩慢放平的過程中，小球?qū)醢宓膲毫Γ?）

A.逐漸增大 B.逐漸減小 C.先減小后增大 D.先增大后減小

解：受力分析如圖，將F1與F2合成，其合力與重力等大反向如圖：擋板轉(zhuǎn)動時，擋板給球的彈力FN1與斜面給球的彈力FN2合力大小方向不變，其中FN2的方向不變，作輔助圖如右圖，擋板轉(zhuǎn)動過程中，F(xiàn)N1的方向變化如圖中a→b的規(guī)律變化，變化規(guī)律是逐漸的變小，擋板與斜面垂直時為最小，繼續(xù)轉(zhuǎn)動，F(xiàn)N1又開始增大，小球?qū)醢宓膲毫ο葴p小后增大，C正確。

2. 教具演示分析：

A. 將圓柱磁鐵牽引橡皮筋放置在黑板上某點A，并標記結點O的位置，用粉筆標記。

B. 保持靜止，將圓柱形磁鐵從A點緩慢向斜下方移動到另一個位置，達到新的平衡后保持結點O的位置不變，再標記圓柱形磁鐵的位置B；

C. 重復上述步驟，移動圓柱形磁鐵到不同位置，標注位置C、D；

D. 連接ABCD各點成為一條直線。如示意圖圖6。

E. 實驗結論：橡皮筋的長度可以觀察到先變小后變大，根據(jù)橡皮筋的拉力與形變量成正比可知，橡皮筋的拉力T等效于問題中的彈力FN2，并且能比較清晰的看到直線ABCD與細繩OM基本平行，即驗證了平行四邊形的正確性。

教具的制作不僅僅是一種簡單的模仿，也不僅僅是為解決一個具體問題而臨時制造的，它是一個創(chuàng)新工作，需要的是教師平時的積累和思考。提出“口袋實驗”的實驗教學理念，在范圍較廣的公開教學展示課上獲得了好評，也得到了教師的認可。希望能通過這樣的設計，能將物理實驗在平時的日常教學中得到廣泛使用，樹立突破難點的信心。