對曲線運動中兩個演示實驗的改進

田景琦

摘 要：對人教版高中新課程教材中關(guān)于《曲線運動》中確定做曲線運動的物體在任意時刻速度的方向和物體做曲線運動的條件，進行教具自制和實驗改進的探索。

關(guān)鍵詞：曲線；運動；速度方向；實驗改進；電光花

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）4-0062-2

《物理（必修2）》第一章《曲線運動》中的幾個演示實驗，教學(xué)中發(fā)現(xiàn)效果并不太好。因此，重新設(shè)計，反復(fù)試驗，改進了實驗，介紹如下。

1 曲線運動速度方向演示

1.1 對課本原有演示實驗的分析

按課本中的方法，用砂輪機打磨鐵件，產(chǎn)生的大量火星鐵屑沿切線方向飛出，表示砂輪圓周上鐵件觸點的速度方向。但該實驗存在不足：①設(shè)備笨重，不便攜帶；②噪音大，影響周圍班級上課；③存在安全隱患等。

1.2 某些改進實驗的介紹

1.若通過轉(zhuǎn)動雨傘上的水滴飛濺出來演示曲線運動的速度方向，則在教室中不便演示。

2.若采用轉(zhuǎn)盤上滴加墨水待其飛濺到背景白紙上留下痕跡來記錄曲線上某點的速度方向的實驗方法也有明顯的缺點。

1.3 實驗改進

針對原有實驗的不足，筆者通過陀螺煙花的啟示，設(shè)計了如下“曲線運動速度方向演示器”，現(xiàn)將制作敘述如下。

1.制作材料

（1）導(dǎo)線、開關(guān)、電池盒、電池（5號電池1～2節(jié)）。

（2）小型電動機（廢舊的玩具中獲?。┤鐖D1所示。

（3）旋轉(zhuǎn)盤、電光花（一種兒童玩的煙花），如圖2所示。

（4）木底支架、黑色背景圓盤。

2.制作方法

（1）支架的主要結(jié)構(gòu)包括：底座、立桿、黑色背景盤。

（2）在支架底部安裝電池和開關(guān)。

（3）在支架上端安裝一小型電動機，并在電動機上焊接一個圓盤，在轉(zhuǎn)盤上打一個小孔（固定電光花）。

（4）用導(dǎo)線連接電池盒、開關(guān)、電動機形成閉合電路。

3.使用方法及效果展示

（1）把電光花的柄端插入轉(zhuǎn)盤上的小孔并固定，并使電光花與轉(zhuǎn)盤處于同一平面內(nèi)。

（2）先閉合開關(guān)，驗證一下電動機能否正常工作。

（3）把電光花點燃，立刻閉合開關(guān)，電動機開始工作，電光花隨轉(zhuǎn)盤一起做勻速圓周運動，我們就可以觀察到電光花發(fā)出的火花沿著圓周運動的切線方向射出?；鸹ㄉ涑龅姆较蚓褪俏矬w做圓周運動的速度方向。（圖2）。

4.實驗特點

（1）結(jié)構(gòu)簡單，取材便利，變廢為寶。

（2）實驗直觀，簡捷，效果明顯，便于教學(xué)。

（3）使用方便，結(jié)構(gòu)美觀。從而激發(fā)學(xué)生在以后的實驗教學(xué)中動手和動腦的能力，培養(yǎng)學(xué)生的小制作、小發(fā)明的興趣和情操。

2 “物體做曲線運動的條件”實驗的改進

2.1 對原實驗的分析

1.在物理教材《物理（必修2）》第一章《曲線運動》第6頁的演示實驗中（圖5.1-11），原理是通過小鐵球以某一速度沿直線通過側(cè)邊的磁鐵形成垂直于運動方向的磁場中時，由于被磁化而受到磁鐵的側(cè)向吸引力引起運動方向改變，使學(xué)生獲得物體做曲線運動的條件是：物體所受合外力的方向與其速度方向不在同一直線上。

2.但在進行演示實驗時，由于小鐵球本身是沒有磁性的，若要使其被磁化而產(chǎn)生吸引作用，就必須將磁鐵與小鐵球靠得很近，而一但靠近了就會被吸著不走了；要不然就是磁鐵放置距離與小鐵球過遠(yuǎn)，小鐵球還沒有被磁化就沿直線直沖過去了。所以，磁鐵與小鐵球的距離很難把握，難以達到預(yù)期的實驗效果又耽誤了時間。

2.2 對實驗的改進

針對原有實驗的不足，考慮到如果將側(cè)向引力改為斥力就不會出現(xiàn)被吸著不動的現(xiàn)象。于是，把小鐵球改為有固定磁極的小環(huán)形磁鐵，現(xiàn)將制作敘述如下。

1.制作材料

（1）小環(huán)形磁鐵（從小型廢舊收音機或錄音機的喇叭上獲得）如圖3所示。

（2）條形磁鐵。

（3）帶斜槽的演示木板。

2.制作方法

（1）小環(huán)形磁鐵的邊緣用膠布纏兩圈，中間用泡沫填滿，再粘上紙，標(biāo)上N極，另一面標(biāo)上S極。

（2）用一長和寬為60 cm的木板，在木板中間的邊緣上用據(jù)子據(jù)開兩個口，把斜槽鑲到木板上并固定好。

3.實驗方法

（1）在木板上放一張白紙，在白紙的4個角用圖釘釘上，并在斜槽口中間的白紙上畫一條直線，以表示磁環(huán)在不受力時的運動方向。

（2）把小環(huán)形磁鐵從斜槽上某一高度處自由滾下，小環(huán)形磁鐵會沿白紙上的直線方向滾動。

（3）如圖4所示，把條形磁鐵磁極端放在距離直線5 cm、斜槽8 cm左右的位置，從同樣的高度再讓小環(huán)形磁鐵從斜槽上自由滾下，磁鐵與運動小磁環(huán)之間就會產(chǎn)生相互的排斥力，做曲線運動。

4.優(yōu)點及注意事項

（1）優(yōu)點：此實驗簡單易作，取材也很方便，但實驗效果卻很明顯。

（2）注意事項：小環(huán)形磁鐵的邊緣用膠布纏兩圈，可增強磁環(huán)與木板間的彈性。同時，也增大磁環(huán)與木板間的靜摩擦，以增強磁環(huán)的運動效果，在中間用泡沫填滿，可防止小環(huán)形磁鐵在做實驗時滾落在地上損壞。

（3）實驗時要注意將同極磁極相對著放置。

（4）實驗前先把小環(huán)形磁鐵從斜槽上滾下來看是否是直線運動，調(diào)整好高度，再放強磁鐵。

參考文獻：

[1]楊昌林.“曲線運動”的教學(xué)設(shè)計 [J].物理教學(xué)探討，2012，30（11）：66—68.

[2]盛云生.曲線運動教學(xué)中的問題設(shè)計與思考[J].物理教學(xué)探討，2015，33（11）：36—37.

（欄目編輯 王柏廬）