巧用磁性板助力高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

江蘇省高郵市第一中學(xué)(225600) 于 淼 傅友東 金 冬

物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，巧妙地借助于生活中的各種器具來(lái)改良和創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)，尤其是通過(guò)一個(gè)器材設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)即一物多用，引起越來(lái)越多教師的興趣。通過(guò)改良和創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芨玫貙⑽锢硪?guī)律呈現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生能更好地理解相關(guān)物理規(guī)律和概念。下面，以磁性板為例，淺談物理實(shí)驗(yàn)的改良與創(chuàng)新。

1 磁性寫(xiě)字板原理

磁性寫(xiě)字板是利用磁體的同名磁極相互排斥，異名磁極相互吸引的原理。磁性寫(xiě)字板共分為3層結(jié)構(gòu)，最重要的中間層的網(wǎng)狀孔中裝有永磁鐵磁芯(磁粉是需要充磁后具有一定的磁力才可以)和乳油。需要磁性筆和磁性力板擦配合使用。當(dāng)利用磁性筆在板上寫(xiě)字時(shí)，磁芯被磁性筆所吸引，附著在外層面下，面板上就顯示出字跡。當(dāng)使用寫(xiě)字板下面的磁性力板擦?xí)r，板擦滑過(guò)寫(xiě)字板磁芯就被吸下去，面板上的字就消失了。這樣就可以在寫(xiě)字板上流暢的書(shū)寫(xiě)和靈活的消除字跡。

當(dāng)有磁性的物體在磁性寫(xiě)字板劃過(guò)時(shí)就可以顯示出該物體的軌跡，利用這個(gè)特點(diǎn)可以借助于磁性寫(xiě)字板完成物理實(shí)驗(yàn)。筆者利用磁性寫(xiě)字板巧妙地設(shè)計(jì)了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，助力高中物理教學(xué)，現(xiàn)象非常的明顯，以供參考。

2 3個(gè)改良實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1：研究曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的速度方向。

實(shí)驗(yàn)器材：磁性板、3個(gè)3D打印的木塊、磁性球。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：由3D打印機(jī)打印的3個(gè)木塊可以組裝成圖1中的裝置放在磁性板上，下面分別用3個(gè)木塊作實(shí)驗(yàn)。①用木塊1，給磁性球一個(gè)初速度讓磁性球沿木塊1運(yùn)動(dòng)，可以得到從木塊1端點(diǎn)出去的運(yùn)動(dòng)直線(xiàn)；②將木塊2組裝到木塊1上，再給磁性球一個(gè)初速度讓磁性球沿木塊運(yùn)動(dòng)，可以得到從木塊2端點(diǎn)出去的運(yùn)動(dòng)直線(xiàn)；③將木塊3組裝到木塊2上，再給磁性球一個(gè)初速度讓磁性球沿木塊運(yùn)動(dòng)，可以得到從木塊3端點(diǎn)出去的運(yùn)動(dòng)直線(xiàn)。拿走3個(gè)木塊，圖2中得到磁性球3次運(yùn)動(dòng)的軌跡。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 運(yùn)動(dòng)軌跡

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以很清楚得到，磁性球從3個(gè)木塊出去后都是作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，該直線(xiàn)是沿著該點(diǎn)的切線(xiàn)方向，說(shuō)明物體作曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在某點(diǎn)的速度方向就是沿著該點(diǎn)的切線(xiàn)方向。

實(shí)驗(yàn)2：研究曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件

實(shí)驗(yàn)器材：磁性板、強(qiáng)磁鐵、磁性球、木片(見(jiàn)圖3)。

圖3 實(shí)驗(yàn)器材

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：①?gòu)?qiáng)磁體不放在磁性板上，只用木片彈動(dòng)磁性球，給磁性球一個(gè)初速度，磁性球做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖4(a)所示；②將強(qiáng)磁體放到磁性板的一側(cè)，再給磁性球一個(gè)初速度(放磁性球時(shí)要注意使磁性球靠近強(qiáng)磁體的一側(cè)要能相吸)，磁性球做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖4(b)所示。

(a)

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)對(duì)比兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以看出磁性球在側(cè)面不受力時(shí)做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，側(cè)面受力時(shí)(即力與速度不共線(xiàn))，磁性球不再沿原來(lái)的方向運(yùn)動(dòng)，而是改變運(yùn)動(dòng)方向做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的條件是作用在物體上的力的方向與物體的運(yùn)動(dòng)方向不在一條直線(xiàn)上。

實(shí)驗(yàn)3：研究磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)(磁感應(yīng)線(xiàn))

為了形象地描述磁場(chǎng)，引入了磁感應(yīng)線(xiàn)概念，而磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)線(xiàn)不容易顯示出來(lái)，這里借助于磁性板就能將單個(gè)條形磁鐵的磁感應(yīng)線(xiàn)顯示出來(lái)，效果很好。

實(shí)驗(yàn)器材：磁性板、5個(gè)強(qiáng)磁鐵(組成一個(gè)條形磁鐵)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：如圖5所示，取一個(gè)條形磁鐵放到磁性板上，就會(huì)出現(xiàn)磁感應(yīng)線(xiàn)，向兩側(cè)再稍微滾一下，可以使兩側(cè)的磁感應(yīng)線(xiàn)顯示得更加清晰，拿走磁鐵后磁感應(yīng)線(xiàn)如圖6所示。

圖5 條形磁鐵

圖6 顯示出的磁感應(yīng)線(xiàn)

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過(guò)磁性板的顯示，可以清楚地看到越靠近磁極，磁感應(yīng)線(xiàn)越密，尤其可以看到一條條從一個(gè)磁極到另一個(gè)磁極的磁感應(yīng)線(xiàn)。與平時(shí)所用的磁感線(xiàn)示意圖很相似。用此方法還可以顯示兩個(gè)異性磁極靠近的磁感應(yīng)線(xiàn)，效果也是非常好的。

3 小結(jié)與展望

以上就是通過(guò)磁性板改良的3個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)都非常明顯，效果都很好，借助這3個(gè)實(shí)驗(yàn)可以使物理課堂更具有趣味性和探究性，有利于物理教學(xué)的開(kāi)展，也有利于學(xué)生對(duì)相關(guān)物理概念的理解。教師們還可以通過(guò)磁性板或生活中的其他器材設(shè)計(jì)更多的物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，也可以引導(dǎo)學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中來(lái)，既有助于物理教學(xué)的開(kāi)展，又有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，能夠更好地提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。