“曲線運動”教學中兩個創新演示實驗設計

崔愛玉

(南京第十三中學　江蘇 南京　210008)

1　對曲線運動描述時實驗創新設計

1.1　傳統教學中描述曲線運動的方法

課堂的引入是先給出如圖1的幾組圖片.教師提出汽車轉彎，運動員騎車比賽、秒表的轉動，這些圖片有什么共性呢？學生很自然回答各質點的運動軌跡都是曲線．并提出了曲線運動的概念，運動軌跡是曲線的運動稱為曲線運動．

這種課堂引入比較單一，不夠激發學生興趣．

圖1　課堂引入圖片

還有教師采用飛鏢的游戲引入曲線運動，但是飛鏢運動太快，學生更多關注中了幾環，還很少關注飛鏢的軌跡．

1.2　馬格努斯滑翔機的設計及教學

筆者采用馬格努斯滑翔機引入課題，在課堂上引起了轟動，學生在觀察滑翔機飛翔時，不僅觀察運動軌跡，還在思考為何能運動．雖然滑翔機為何能運動不是本節課的重點，重點就觀察運動軌跡．這已經極大勾起學生學習曲線運動的熱情．

制作馬格努斯滑翔機的器材有：5個橡皮筋，兩個一次性杯子，寬的透明膠帶．

方法：把5根橡皮筋連成如圖2所示的長橡皮筋，用透明膠帶把兩個紙杯的底端相連．然后用拇指按住橡皮筋的一端，把橡皮筋繞在兩個杯子中間，就是膠帶繞的地方，皮筋適度拉緊，橡皮筋不能把杯子箍壞了，接著 左手拇指仍然按住皮筋的一端，右手拇指拉著皮筋的另一端．松開左手的話，在皮筋彈力的作用下，杯子就會向前彈射出去，因為皮筋一開始是繞在杯子上面的，所以杯子向前運動的同時，還會逆時針旋轉．具體步驟參考圖2.

圖2　制作馬格努斯滑翔機

2　對探究曲線運動條件的實驗創新設計

2.1　傳統探究曲線運動實驗設計及評析

如圖3所示，水平桌面上擺著一條彎曲的軌道它是由幾段稍短弧形軌道組合而成的．通過壓縮彈簧或者斜面，使鋼球由軌道的C端滾入，在軌道的約束下做曲線運動．在軌道的下面放上一張白紙，蘸著墨水的鋼球從出口A離開軌道后在白紙上留下一條運動的痕跡， 它記錄了鋼球在A點的運動方向． 拆去一段軌道，將鋼球的軌道出口改在B． 用同樣的方法可以記錄鋼球在軌道B點的方向． 通過尋找白紙上的墨跡與軌道(曲線)的關系， 從而得到“質點在某一點的速度，沿曲線在這一點的 切線方向”的結論．

圖3

實驗的缺陷是蘸著墨水的鋼珠很快墨水就沒有了，鋼珠滾出管子時候，滾到白紙上沒有痕跡，包括鋼珠在軌道內的軌跡也不清晰．

2.2　常規創新設計實驗及分析

很多教師在上課時候，采用墨水滴在轉動的陀螺上，觀察紙上的墨水痕跡．有很多教師用圓心有洞的圓形硬紙板做底板，目的是讓陀螺在同一個點上轉動，待陀螺平穩后，在其邊緣處滴紅墨水．

如圖4所示，圓的切線和墨水飛出的軌跡基本重合． 這一實驗說明， 圓周運動的速度方向與沿該點的切線方向一致．

圖4　將墨水滴在轉動的陀螺上

實驗的缺陷是墨水從陀螺的邊緣甩出，陀螺有一定高度，墨水做平拋運動落在白紙上，直接講白紙上墨水的痕跡就是圓周運動的某點的速度方向結論沒有問題，但是涉及到平拋運動過程中沿水平方向運動的分速度大小方向是不變的，這個知識點學生還沒有學到．也就是說教學中不能用后概念來分析前概念的現象．

2.3　改良陀螺創新實驗設計及分析

筆者由陀螺實驗想到了用轉動的光盤來代替陀螺，這樣墨水被甩出時候直接灑到白紙上，減少了做平拋運動的時間．實驗設計步驟如下：

(1)準備材料.方形的透明有機玻璃，小型電動機，導線2根，干電池2節，膠帶1卷，相同大小橡皮塞4個，小號橡皮塞1個，白紙若干，萬能膠，鉆孔機，光盤，針管，紅墨水；

(2)做底座．在方形有機玻璃下方4個腳用萬能膠粘連4個大小相同橡皮塞；

(3)粘連電動機．在有機玻璃的中間鉆個小孔，把電動機的鉆頭從玻璃中間露出一點，電動機本身固定在有機玻璃下方；

(4)固定光盤．用小號橡皮塞中心鉆孔，塞在光盤中間，再固定到電動機的轉頭上；

(5)連接電源，判斷光盤是否轉動；

(6)在光盤和有機玻璃之間放一張白紙，在白紙上畫下光盤的圓；

(7)滴紅墨水，接通電源，觀察紅墨水被甩出光盤的軌跡．具體步驟如圖5所示.

(a)

(b)

(c)

改進后的實驗能在光盤的邊緣沿著切線方向畫，我們發現總能和紅墨水的軌跡重合．紅墨水離開光盤的瞬間滴到白紙上，減少了做平拋運動的時間，分析曲線運動某點速度方向，可以很明顯由實驗得到沿著曲線在這點的切線方向的結論．

3　改進評價

經過上述改進后，兩個實驗的成功率大幅度提高，比起以前的傳統實驗不僅直觀，而且更能激發學生的學習興趣．實驗所用的材料也是比較生活中比較常用的材料，提高了實驗的可行性．特別是探究曲線運動某點的速度方向的實驗，設計新穎，操作方便，便于理解觀察研究．