利用廢棄木料與筆芯做簡(jiǎn)易圓周運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)儀

方武增

一、設(shè)計(jì)背景

在高中《物理必修二》(人教版)有關(guān)曲線運(yùn)動(dòng)方向的描述、展現(xiàn)的現(xiàn)象，如：砂輪打磨物體產(chǎn)生的火星、飛出的鏈球等，雖然從圖片看很明顯，但在實(shí)際的課堂上，根本無(wú)法將砂輪打磨物體產(chǎn)生的火星給學(xué)生看，太危險(xiǎn)了，最多僅是通過(guò)多媒體視頻播放一下。而教學(xué)過(guò)程，若能以實(shí)驗(yàn)的方式帶動(dòng)知識(shí)的學(xué)習(xí)，是最科學(xué)的，理科學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)是無(wú)法單靠黑板或屏幕來(lái)達(dá)到的[1]。實(shí)驗(yàn)中信息的獲得必須通過(guò)學(xué)生自己的觀察；另外，假設(shè)和猜想必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證[2]。

利用木料和廢舊圓珠筆芯制作了圓周運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)儀。此器件教師制作省時(shí)、省事；對(duì)于學(xué)生，容易操作，現(xiàn)象也容易觀察，課堂教學(xué)效果較好。

二、實(shí)驗(yàn)需要的配件

廢棄木箱、泡沫塊、廢舊圓珠筆芯2支、廢舊藥品小瓶、水(材料都是免費(fèi)的)。

三、裝置制作過(guò)程

(1)先在木料上面鉆孔1(如圖1所示)，并在孔1的豎直正下方鉆孔2，讓一支筆芯 a 穿過(guò)孔1和孔2(如圖2所示)。

(2)將另一支筆芯 b 剪去一段，中間穿孔。將筆芯a的筆頭穿過(guò)筆芯 b的中間小孔(如圖3所示)。

圖1

圖2

圖3

圖4

將泡沫塊置于木料下，不僅起防震作用，還為下層留足夠的空間，方便觀察速度方向(如圖4所示)，一個(gè)簡(jiǎn)易的圓周運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)儀實(shí)驗(yàn)裝置就制作成功了。

四、實(shí)驗(yàn)步驟與效果顯示

(1)自制的注水器。將筆芯的頭(如圖5所示)，去金屬尖(如圖6所示)；切去藥品小瓶噴嘴的一小段(如圖7所示)；組合為注水器(如圖8所示)。

圖5

圖6

圖7

圖8

(2)用自制的注水器吸水，并向筆芯 b注水。

(3)裝置如圖 3 方式放置，實(shí)驗(yàn)前先畫(huà)一個(gè)圓(直徑約為筆芯 b的長(zhǎng)度)，用手轉(zhuǎn)動(dòng)筆芯a，此時(shí)筆芯 b貼桌面。實(shí)驗(yàn)效果如圖 9所示，水跡差不多沿差圓周的切線方向，這說(shuō)明圓周運(yùn)動(dòng)的某點(diǎn)速度方向?yàn)檠卦擖c(diǎn)的切線方向(效果需要改進(jìn)，后有說(shuō)明)。

圖 9

圖10

(4)將筆芯按紅色標(biāo)記向上拔移一格(如圖10所示)；上面有標(biāo)記(為方便計(jì)算，事先已按每4 mm格畫(huà)好(如圖11所示)。用手轉(zhuǎn)動(dòng)筆芯a，此時(shí)筆芯 b不貼在桌面了，上升4 mm(如圖12所示)，此時(shí)軌跡是半徑大一些的圓。

圖12

圖13

圖14

(5)在草稿紙上畫(huà)效果圖，分別測(cè)量出R，r 和 x，其中，x為水滴在圖13中被甩做平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移。

這個(gè)簡(jiǎn)易的圓周運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)儀可以簡(jiǎn)潔快速地看出圓周運(yùn)動(dòng)的某點(diǎn)速度方向?yàn)檠卦擖c(diǎn)的切線方向，也可以引導(dǎo)學(xué)生計(jì)算圓周運(yùn)動(dòng)的某點(diǎn)速度的大小。

五、反思與改進(jìn)

創(chuàng)新點(diǎn)：此實(shí)驗(yàn)所用的器材簡(jiǎn)單，制作方便，效果明顯，既可以滿足教師演示實(shí)驗(yàn)，又能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)。攜帶方便(如圖14所示)，木料變?yōu)榘b盒，用完收工。

需改進(jìn)：圖9實(shí)驗(yàn)效果圖不清晰，是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)后，水干了，難以留痕跡，故可以加點(diǎn)墨水，這樣一來(lái)，水干后，墨跡仍在。

六、結(jié)語(yǔ)

教師在教學(xué)過(guò)程中要深挖教材中的探究性因素，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源，精心設(shè)計(jì)或啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)新的探究方案，盡最大可能給學(xué)生提供必要的科學(xué)探究機(jī)會(huì)[3]。而筆者在利用簡(jiǎn)易圓周運(yùn)動(dòng)速度檢測(cè)儀輔助教學(xué)中，適時(shí)地激發(fā)了學(xué)生探究科學(xué)的熱情，增強(qiáng)了他們的創(chuàng)新意識(shí)。