v＜gr，水流星中的水會流出來嗎？

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驗,提出了進一步的反思和質疑。

關鍵詞:水流星;演示實驗;質疑;反思

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A文章編號: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研討活動在集美中學召開。筆者和廈門市另外兩所龍頭學校的老師上了三節示范課,三節課內容相同,都是司南版物理必修2第四章第三節《向心力的實例分析》。

在備課時,筆者就在思考怎樣上出新意,如何創新且合理地突破重點和難點。水流星是大家上公開課經常做的實驗,筆者決定對這個實驗進行改進。取一個大的空塑料瓶,切去后半段、瓶壁上鉆三個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。再另做一個一樣的水

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

以下是這一段教學過程的課堂互動實錄:

師:水流星是雜技演員表演的一個節目。(取水流星,注入紅墨水)當水流星轉到最高點時,瓶口向下,水會流出來嗎?

生:可能吧?轉起來看看。(學生興奮起來,有的后排的學生站起來準備看)

師:(先左右蕩幾下,突然加力,轉起來)看,沒有一滴水流出。

生:哇!(驚奇)

師:在最高處時的水處于什么運動趨勢呢?

生:往上甩。

師:我們有沒有辦法來驗證呢?(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,水已經從孔中滴出,證明孔的存在。蕩幾下之后,加力甩,水流星在豎直平面內作圓周運動。水從小孔中噴出細流,噴的很遠,黑板都濕了)

生:哇!

師:水確實往上甩!我轉的速度越大,水噴出的速度怎么樣?

生:越大。

師:逐漸減小轉動速度,噴出的水的速度會越來越小。

生:(有個學生大聲插話)會掉下來。

師:對,轉速小會掉下來。到最高點有沒有那樣一個合適的速度,水既不會向上噴,也不會向下掉?

生:(思考)

師:到底有沒有呢?

生:有。

師:確實有。那時候水不會向上噴,不擠壓瓶蓋,瓶蓋對水有作用力嗎?

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:根據牛頓第二定律列方程 mg=mv2/r,得v=gr,此時瓶中的水恰好不流出,也不會噴出!

第二天,全體聽課老師在一起進行教學研討時,一個老師提出質疑: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》。當時做了一個實驗:純凈水瓶子側面鉆孔,瓶蓋上也鉆孔(這是第一次鉆孔,是為了消除大氣壓的影響),當瓶子自由下落時,水并不從側面的孔流出!那現在當v

請注意,上面講到的那句話,說當v=gr,水恰好“不流出”。可是,如果空氣阻力不能忽略,那就不是完全失重狀態,水流星的斜拋和水瓶自由下落會不會不一樣?空氣阻力會不會起明顯的作用,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?大氣壓會不會阻擋水流出?

散會后,在回家的途中,筆者和一位特級教師電話探討這個問題。他說沒有空氣阻力,水不會流出;有空氣阻力,水應該流出。我很高興,因為空氣阻力肯定有。水如果流出,說明我沒講錯。

晚上,筆者還在思考。實踐出真知,為什么不做實驗?做!

控制好力度,使水流星不能過最高點,反復做的結果是:在水流星作斜拋運動過程中,沒有一滴水流出!當水流星接近地面繩子伸直時,水才由于瓶子的震動而濺出。

但還是說錯了。空氣阻力的影響可以忽略,大氣壓對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,就可以共同運動而水不流出。因此,應該說,v=gr時,水流星恰好不掉下來,v

但是,瓶蓋鉆孔的設計依然是很有新意的,很生動地說明了水擠壓瓶蓋的看不見的力是存在的,語言表述需要修正。

難忘的一次演示實驗!

(欄目編輯趙保鋼)