基于靜止和運動兩種狀態(tài)下的慣性演示器

張依才

(濟寧市第一中學(xué)，山東 濟寧 272000)

目前我們的中學(xué)物理實驗，對慣性定律演示儀器的研究尚未完全突破.換言之，也就是對動態(tài)物體慣性的演示儀器的研究至今進展甚微.因此，教師在講授動態(tài)物體慣性時，不能結(jié)合儀器，采取邊演邊教的授課方式使學(xué)生獲得生動的感性認識，以致學(xué)生對動態(tài)物體慣性的概念也就得不到充分的理解.為此，筆者認真研究了現(xiàn)有的慣性演示儀器，在理解現(xiàn)有儀器的原理的基礎(chǔ)上，嘗試進行了慣性定律演示器的改進研究.

1 現(xiàn)有教具裝置圖(見圖1所示)

圖1

這類儀器是常用的慣性演示器，當左側(cè)彈片把鋼片彈出，而小球會落入圓筒中，生動地說明了靜止的小球具有保持原來靜止的性質(zhì)，它的優(yōu)點是方便直觀，容易操作.缺點是只能演示靜止物體的慣性，無法演示運動物體保持原來速度的特性.

運動中物體的慣性，我們往往通過汽車上乘客停車時向前的傾倒，鏟子往爐膛送煤等生活實例來說明.但不好在課堂上再現(xiàn)和演示，不利于沒生活經(jīng)驗的學(xué)生獲得感性認識.如何設(shè)計一種新型演示儀器，分別演示運動狀態(tài)物體的慣性和靜止狀態(tài)物體的慣性，筆者嘗試把現(xiàn)有演示器放到小車上，使其運動起來，進而演示運動中物體的慣性.

2 改進型慣性演示器(見圖2所示)

圖2

2.1 儀器說明

結(jié)合圖2進一步說明，在一輪式車1上垂直安裝彈性片2，在彈性片2相鄰的一側(cè)安裝半徑略大于鋼球3半徑的容器5，與容器5相鄰的另一側(cè)安裝半徑略大于鋼球3半徑的容器7.容器5內(nèi)安裝彈性裝置6，容器7內(nèi)安裝彈性裝置6，在墊板4中心設(shè)置小孔8，可以防止鋼球隨意滾動.輪式車1前端設(shè)置掛鉤9，以便牽引車運動.容器5、7為透明容器，便于觀察鋼球的運動.

2.2 本儀器的功能

通過將彈性片、容器設(shè)置在輪式車上，不但能演示靜止狀態(tài)下，物體的慣性特征，當車運動時，可以演示物體運動的慣性特征.通過在容器中增加彈性裝置，又增加了兩種不同演示的方法，更加生動的演示在不同狀態(tài)下物體的慣性.

2.3 使用方法

(1)靜止物體慣性的演示.把輪式車1固定在水平桌面上，彈性片2彈擊墊板4，板4上的鋼球3落入容器5中;當容器5中安裝彈性裝置6后，鋼球3落入容器5后，將反復(fù)彈跳最終落入容器5中.落入容器5說明了小球具有保持原來靜止的性質(zhì)，在容器5中彈簧的作用下反復(fù)跳躍但仍然落入容器5，說明水平速度始終保持為零.再次說明小球具有保持原來水平方向靜止的性質(zhì).這實際上拓展了現(xiàn)有儀器靜態(tài)物體慣性的演示.

(2)運動物體慣性的演示1.讓彈片彎曲，并用細線栓系在輪式車1上.并把小車放在一端固定有定滑輪的長木板上，在適當懸掛物的牽引下勻速運動.燒斷細繩，彈性片2彈擊墊板4，板4上的鋼球3落入容器5中;當容器5中安裝彈性裝置6后，鋼球3落入容器5后，將反復(fù)彈跳最終落入容器5中.說明小球具有保持原來勻速直線運動的速度的性質(zhì).

(3)運動物體慣性的演示2.輪式車1在勻速運動狀態(tài)下，遇到物體阻擋時.墊板4上的鋼球3落入容器7中;當容器7中安裝彈性裝置6后，鋼球3先是落入容器7中，隨后又被彈出，由于小車減速，而小球又由于慣性的作用，保持原來的速度，最終落到容器7外.再一次生動地演示了小球具有保持原來勻速直線運動的性質(zhì).對于動態(tài)物體的慣性演示，該儀器實際上也提供了兩種不同的演示模式.

該慣性演示儀實現(xiàn)了用同一裝置演示不同狀態(tài)時物體的慣性特征，達到了生動的效果.