運用低成本實驗突破教學難點
——以“曲線運動”教學為例

王 維 王傳友

(1. 安徽省亳州市第一中學,安徽 亳州 236800;2. 安徽省亳州市第三中學,安徽 亳州 236800)

運用低成本實驗突破教學難點
——以“曲線運動”教學為例

王 維1王傳友2

(1. 安徽省亳州市第一中學,安徽 亳州 236800;2. 安徽省亳州市第三中學,安徽 亳州 236800)

本文以“曲線運動”的教學為例,闡述如何自制實驗儀器進行實驗教學，突破教學難點，使學生體驗科學探究方法，培養其科學探究能力.

曲線運動;自制儀器;實驗探究

物理學以觀察和實驗為基礎,實驗在物理教學中的作用非常十分重要.在平時的教學中,利用身邊的日常生活用品或廢棄材料自制教具，開發、設計低成本實驗,不僅可以突破教學難點,還可以拉近學生與物理的距離,讓學生感受到物理就在身邊.筆者在平時的教學中努力嘗試自主設計和制作滿足教學需要的實驗教具,成為教學中的亮點,可有效突破教學難點,提高教學質量，下面以“曲線運動”的教學為例，予以說明.

1 實驗教學設計思路

首先通過學生小組實驗，探究得出圓周運動這種特殊曲線運動的瞬時速度方向:軌跡上該點的切線方向.然后讓學生猜想一般曲線運動的瞬時速度方向,教師通過演示實驗予以證實，再通過問題引導學生從理論上利用極限的思想，進一步加以證實，最后利用可顯示拋體運動速度方向的“飛鏢”，讓學生體驗.通過探究實驗、演示實驗、理論證明、實驗體驗讓學生親歷探究過程,在掌握知識的同時，培養學生探究物理問題的習慣、觀察實驗和分析推理的能力.

2 實驗教學過程

2.1 學生分組實驗，探究圓周運動的速度方向

實驗裝置如圖1所示，讓學生把圓形塑料盒倒扣在桌面上,小球放在盒內,先在桌面上連續轉動塑料盒，讓其帶動內部小球做圓周運動,半分鐘后手停止轉動，并按穩塑料盒,讓學生觀察小球的圓周運動,利用視覺暫留便會形成圓周軌跡的圖像,再移走塑料盒,問：小球沿什么方向運動?為什么這樣運動？學生通過觀察、討論，得出結論：小球沿切線方向運動，這是由于慣性，使其保持離開圓軌道的那點的瞬時速度繼續運動，可說明做曲線運動的物體的速度方向在該點的切線上.

圖1

學生在回答時，可能會出現表達不簡潔等情況,教師可提示學生：小球沿直線，還是曲線運動?再提示直線與其圓軌跡的關系，學生會說出小球沿直線運動，與圓周相切,這樣問題便迎刃而解了.

2.2 教師演示實驗，探究曲線運動的速度方向

(1) 曲線運動速度方向演示儀的制作

利用一塊平整木板,將斜槽固定在其中,在木板上畫一條一般曲線，并沿其切開成兩部分,將此兩部分適當分開即形成曲線軌道(如圖2),將此板對分成四部分,用雙面膠粘將其貼在平整木板上,鋼珠由斜槽上釋放后進入曲線軌道，可演示小球做曲線運動的速度方向.

圖2

(2) 演示過程

如圖3所示，在平整木板上有一曲線軌道,它是由幾段稍短的軌道組合而成的.鋼珠在斜槽上釋放滾下,由軌道的一端滾入,在軌道的束縛下按軌道的形狀做曲線運動.在軌道的下方放一張白紙,蘸有紅色印泥的鋼珠離開軌道后在白紙上留下一條運動的痕跡,它記錄了鋼珠在A點的運動方向.

圖3

加上一段短軌道,鋼珠的軌道出口改在B處,蘸有紅色印泥的鋼珠離開軌道后在白紙上留下一條運動的痕跡,記錄了鋼珠在軌道B點的運動方向.

2.3 理論分析,滲透極限思想

物體做曲線運動的運動軌跡如圖4所示，在曲線上取兩點A、B作直線，這條直線叫割線.設想B點逐漸向A點移動，分別作出割線AB1、AB2、AB3……當B點非常接近A點時的割線就是A點的切線.物體從A點運動到B點，平均速度的方向沿著AB方向；物體從A點運動到B1點，平均速度的方向沿著AB1方向；物體從A點運動到B2點，平均速度的方向沿著AB2方向……當B點非常接近A點時的平均速度即為物體在A點的瞬時速度.由割線到切線的過程，使用了數學極限方法.由平均速度過渡到瞬時速度，做曲線運動的質點經過某位置的速度方向就是曲線過這點的切線方向.

圖4

2.4 學生通過“飛鏢”實驗，深化對曲線運動方向的理解

如圖5所示，利用透明塑料吸管、鋼釘、紅色紙條做一個能顯示拋體運動速度方向的“飛鏢”.請學生投擲“飛鏢”，觀察“飛鏢”在空中運動過程中紅色紙條方向的變化，活化學生對曲線運動速度方向的認識.

圖5

3 結語

實驗是物理教學的“靈魂”,運用低成本實驗，可使學生在實驗探究中經歷知識的發現過程,掌握科學的研究方法，使實驗教學真正起到培養學生創造能力、問題解決能力、提高科學素養的作用.