離心運動低成本趣味實驗資源開發

摘 要 本文以離心運動現象為主題，通過系統、整合地開發系列低成本趣味實驗資源，使離心運動實驗教學資源的開發主題化、趣味化、生活化，有利于系統加深學生對離心運動的學習和理解。

關鍵詞 離心運動 低成本趣味實驗 資源開發

物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，在當前的教學實踐中，重視實驗教學特別是低成本趣味實驗資源開發的教學研究，對全面提高中學物理教學質量具有重要意義。

離心運動現象在我們日常生活中廣泛存在，以離心運動為主題的低成本趣味實驗資源開發，可以將離心運動現象生動、具體、直觀地展現出來，使離心運動實驗教學資源的開發主題化、趣味化、生活化，有利于系統加深學生對離心運動的學習和理解。

【實驗1】 簡易棉花糖機

實驗器材：電池盒、電池、固定用的螺釘帽（鋁釘）、自行車輻條、易拉罐（最好開口是三角形），大頭針（用做打孔）、小圓珠（用于找出易拉罐中心位置）、酒精燈、火柴、儲物箱、細鐵絲等（如圖1）。

實驗步驟及特點：①找到易拉罐底部的中心位置打孔；②在沿著易拉罐底部靠上大約2～3cm處，用大頭針打3～5圈均勻分布的小孔；③在易拉罐瓶頂中心處打孔，并用自行車輻條穿過，再用細鐵絲固定車輻條并作為轉軸；④用鋁釘連接好車輻條與馬達，并用鉗子將其固緊；⑤連接電路，用導線將開關、電池和馬達串聯起來，棉花糖機就這樣做成了；⑥將白砂糖放入制好的易拉罐內，把整個裝置放入事先準備的圓桶內，并用酒精燈加熱易拉罐底部，先加熱3分鐘左右，再閉合開關；隨著易拉罐高速旋轉，加熱的白砂糖就會逐步熔化成糖漿從罐孔中甩出來而變成細絲狀的棉花糖。該實驗利用熔化的糖漿在離心力的作用下成為細絲狀的棉花糖。實驗制作簡單，現象有趣，還能加深關于離心力現象和知識的認識。

【實驗2】 飛檐走壁的彈珠

實驗器材：一顆玻璃彈珠球、一個高腳杯（如圖2）

實驗步驟及特點：①將玻璃彈珠放入倒扣的杯內，并在水平桌面上快速旋轉杯子，并使得小球沿杯壁旋轉，慢慢地使玻璃杯離開地面；②隨著杯子的旋轉速度越來越快，彈珠也逐漸地從杯沿沿著杯壁往上旋轉，當杯子的旋轉速度穩定后，彈珠也能在懸空的杯子內壁穩定地旋轉而不滑落下來。學生直觀地看到彈珠在離心力的作用下緊貼玻璃杯內壁而不滑落，現象有趣，操作簡單，并能激發學生思考。

【實驗3】 滴墨成畫[1]

實驗器材：白色硬紙板、火柴棒、墨水（如圖3）

實驗步驟及特點：①將白色硬紙片剪成圓形，中間插一根削尖了的火柴棒，做成一個陀螺；②在其上面先滴幾滴墨水；③在墨水沒干之前，把火柴棒的上部夾在大拇指和食指之間，把它用力順時針或逆時針擰轉后，迅速放到平滑的水平面上，過一會兒，待其停下就可以看到一幅旋風畫。該實驗將墨水在離心力的作用下做離心運動時的軌跡顯示在紙上，現象直觀，操作簡單。

【實驗4】 伸縮的陀螺[1]

實驗器材：8個圓形的紐扣、細線、硬紙板、小木棍、圖釘、剪刀（如圖4）

實驗方法：①將硬紙板剪成圓形，并在其離邊緣1cm處均勻對稱地用圖釘打8個大小一樣的孔；②用剪刀剪8跟長約5cm左右細線，在其一端分別系上圓形的紐扣，另一端系在打好孔的圓形硬紙板上；③將小木棍的一端削尖后插入圓形硬紙板的圓心處；④快速旋轉做好的陀螺，就可觀察到如圖所示的旋轉陀螺。該實驗利用紐扣在做圓周運動產生的離心力而外展成為旋轉陀螺，對于初涉離心運動的學習者來說，是一個很好的演示實驗。

【實驗5】 神奇的硬幣[2]

實驗器材：衣架一個，一元硬幣一個，直尺（如圖5）

實驗步驟及特點：①用力對拉衣架的兩邊，使其為菱形狀，將衣架鉤對面的頂點作為旋轉的中心；②用力向內彎曲衣架架鉤使其在中心位置的豎直的下方，且使衣架鉤的水平面與旋轉中心位置的豎直方向垂直；③將一元的硬幣平放在衣架鉤上，右手的食指放在旋轉中心位置處；④慢慢地讓衣架擺動起來，然后加速讓其在豎直平面內旋轉，觀察發現放在衣架鉤上的硬幣竟然懸立在衣鉤尖端隨衣架旋轉而不掉落。該實驗利用硬幣在高速旋轉時產生的離心力與衣架尖端處的支持力的平衡而不滑落，現象十分奇特，能激發學生動手操作的興趣。

【實驗6】 自制紙蜻蜓

實驗器材：光環的小木棍，A4紙一張，剪刀，膠水或者雙面膠等（如圖6）

實驗方法及實驗特點：①將A4紙剪出大小寬度約5厘米左右且長度一樣的4條紙片，并折疊一次保持長度一樣且對稱；②將折疊好的4條紙片均勻對稱地粘在小木棍的一端；③雙手來回摩擦小木棍的另一端，讓4條紙片飄起來再松開手，此時做好的紙蜻蜓就會像蜻蜓一樣在空中飛翔，最后盤旋下落。該實驗利用紙片在高速旋轉時產生的離心力，使紙片能夠遠離圓心而展翅伸長，現象明顯，操作簡單，素材適于開展小學生科普活動。

【實驗7】 水流星

實驗器材：小水桶、細繩（如圖7）

實驗步驟及特點：①雜技演員在一個小桶內裝大約三分之一的水，用繩子系上；②雜技演員用如圖的方式用腳將繩快速的旋轉起來，直到它做穩定的圓周運動。讓人驚訝的是桶中的水竟然沒有流出來。該實驗利用桶內的水在高速旋轉下產生的離心力與桶壁對水的支持力產生的平衡而使其不會從桶中滑落出來，現象奇特，但熟練操作有一定難度。

【實驗8】 旋盤上的鋼珠

實驗器材：圓形轉盤、彈簧、鋼珠（如圖8）

實驗過程：①將彈簧的一端固定在轉盤的中心位置，另一端與鋼珠相連；②讓轉盤慢慢地轉動起來，速度從小逐漸變大，仔細觀察彈簧與鋼珠的運動變化。

實驗現象及特點：當速度很小時，彈簧與鋼珠一起跟隨圓盤做圓周運動且彈簧的長度不變；當速度慢慢增加時，彈簧與鋼珠一起跟隨圓盤做圓周運動，但是彈簧不斷伸長，鋼珠越來越遠離轉盤的中心位置；當圓盤速度逐漸減少時，被拉長的彈簧慢慢縮短，鋼珠也向轉盤的中心位置靠近一直到原來的初始位置。該實驗能夠直觀地顯現鋼珠隨著圓盤速度的加快而產生遠離圓心的趨勢。

【實驗9】 一球拉多球

實驗器材：5個排球和1個籃球、兩個網袋、一根繩子、10厘米左右的有機玻璃管。

實驗方法：①一個網袋裝藍球，另一個網袋裝五個排球，用一根繩子穿過10厘米左右的有機玻璃管將兩個網袋連起來；②雙手拿著有機玻璃管，讓裝有一個球的網袋在頭頂做圓周運動；③隨著頭頂的網袋高速的旋轉，下面網袋的球逐漸地隨著旋轉速度的增加而慢慢上升而被提起來。該實驗利用上端網內籃球在高速旋轉時產生的離心力來提拉下端網內排球，現象有趣，適于操作和演示，可加深學生對離心力作為動力存在的體驗。

【實驗10】 紙片切割機

實驗器材：鉆孔機、塑料泡沫、報紙、螺帽等（如圖9）

實驗方法及實驗特點：①將報紙剪成圓形，并穿在鉆孔機上，兩邊用塑料泡沫和螺帽固定好；②插上電源，可以看到柔軟的紙片變硬而且在高速旋轉，并可當切割機使用，用以切割斷塑料、泡沫等物體。該實驗利用紙片在隨電鉆高速旋轉下成為鋒利無比的刀片，現象神奇，操作簡單，但在使用電鉆時需注意人身安全。

【實驗11】 奇異的手鏈

實驗器材：一串手鏈珠子、礦泉水瓶、鉆孔機、剪刀、螺帽等（如圖10）

實驗步驟及特點：①用剪刀將礦泉水瓶剪成兩半，將瓶蓋打孔并將帶瓶蓋的一部分牢牢固緊在鉆孔機旋轉的鐵棒上；②將直徑略大于礦泉水瓶的一串珠子手鏈套在截礦泉水瓶截面的圓周上，插上電源，讓其快速旋轉起來；③用牙簽輕輕剝離正在高速旋轉的手鏈，可以看到手鏈在脫離高速旋轉的水瓶瞬間繼續保持圓狀繼續往前旋轉一段距離。該實驗利用手鏈在隨水瓶高速旋轉時產生的離心力與地面對其的支持力保持的平衡而使手鏈能保持圓狀滾動一段時間，現象有趣，制作也簡單，適于學生課后制作，但在使用鉆孔機時注意安全。

在低成本趣味實驗資源開發過程中，教師要以身示范，成為實驗資源開發與利用的主人，不斷強化低成本趣味實驗資源開發意識，提高低成本趣味實驗資源創新的水平，同時倡導學生充分合理地利用身邊的簡易材料和廢舊物品，進行主題式系統、整合的低成本趣味實驗資源開發，從而有效地激發學生學習和探究物理的興趣和熱情，真正體現“從物理走近生活，從生活走進物理”的實踐過程。

參考文獻

[1] 張軍朋，李德安，金漢炎.高中物理趣味實驗[M].廣州：廣東教育出版社，2011.

[2]趣味實驗：http：//v.youku.com/v_show/id_XMjIwNzQ0MjY0.html.

[作者：陳海深（1978-），男，湖南益陽人，廣西師范大學物理科學與技術學院講師，碩士。]

【責任編輯 孫曉雯】