对曲线运动中两个演示实验的改进

摘 要：对人教版高中新课程教材中关于《曲线运动》中确定做曲线运动的物体在任意时刻速度的方向和物体做曲线运动的条件，进行教具自制和实验改进的探索。

关键词：曲线；运动；速度方向；实验改进；电光花

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）4-0062-2

《物理（必修2）》第一章《曲线运动》中的几个演示实验，教学中发现效果并不太好。因此，重新设计，反复试验，改进了实验，介绍如下。

1 曲线运动速度方向演示

1.1 对课本原有演示实验的分析

按课本中的方法，用砂轮机打磨铁件，产生的大量火星铁屑沿切线方向飞出，表示砂轮圆周上铁件触点的速度方向。但该实验存在不足：①设备笨重，不便携带；②噪音大，影响周围班级上课；③存在安全隐患等。

1.2 某些改进实验的介绍

1.若通过转动雨伞上的水滴飞溅出来演示曲线运动的速度方向，则在教室中不便演示。

2.若采用转盘上滴加墨水待其飞溅到背景白纸上留下痕迹来记录曲线上某点的速度方向的实验方法也有明显的缺点。

1.3 实验改进

针对原有实验的不足，笔者通过陀螺烟花的启示，设计了如下“曲线运动速度方向演示器”，现将制作叙述如下。

1.制作材料

（1）导线、开关、电池盒、电池（5号电池1～2节）。

（2）小型电动机（废旧的玩具中获取）如图1所示。

（3）旋转盘、电光花（一种儿童玩的烟花），如图2所示。

（4）木底支架、黑色背景圆盘。

2.制作方法

（1）支架的主要结构包括：底座、立杆、黑色背景盘。

（2）在支架底部安装电池和开关。

（3）在支架上端安装一小型电动机，并在电动机上焊接一个圆盘，在转盘上打一个小孔（固定电光花）。

（4）用导线连接电池盒、开关、电动机形成闭合电路。

3.使用方法及效果展示

（1）把电光花的柄端插入转盘上的小孔并固定，并使电光花与转盘处于同一平面内。

（2）先闭合开关，验证一下电动机能否正常工作。

（3）把电光花点燃，立刻闭合开关，电动机开始工作，电光花随转盘一起做匀速圆周运动，我们就可以观察到电光花发出的火花沿着圆周运动的切线方向射出。火花射出的方向就是物体做圆周运动的速度方向。（图2）。

4.实验特点

（1）结构简单，取材便利，变废为宝。

（2）实验直观，简捷，效果明显，便于教学。

（3）使用方便，结构美观。从而激发学生在以后的实验教学中动手和动脑的能力，培养学生的小制作、小发明的兴趣和情操。

2 “物体做曲线运动的条件”实验的改进

2.1 对原实验的分析

1.在物理教材《物理（必修2）》第一章《曲线运动》第6页的演示实验中（图5.1-11），原理是通过小铁球以某一速度沿直线通过侧边的磁铁形成垂直于运动方向的磁场中时，由于被磁化而受到磁铁的侧向吸引力引起运动方向改变，使学生获得物体做曲线运动的条件是：物体所受合外力的方向与其速度方向不在同一直线上。

2.但在进行演示实验时，由于小铁球本身是没有磁性的，若要使其被磁化而产生吸引作用，就必须将磁铁与小铁球靠得很近，而一但靠近了就会被吸着不走了；要不然就是磁铁放置距离与小铁球过远，小铁球还没有被磁化就沿直线直冲过去了。所以，磁铁与小铁球的距离很难把握，难以达到预期的实验效果又耽误了时间。

2.2 对实验的改进

针对原有实验的不足，考虑到如果将侧向引力改为斥力就不会出现被吸着不动的现象。于是，把小铁球改为有固定磁极的小环形磁铁，现将制作叙述如下。

1.制作材料

（1）小环形磁铁（从小型废旧收音机或录音机的喇叭上获得）如图3所示。

（2）条形磁铁。

（3）带斜槽的演示木板。

2.制作方法

（1）小环形磁铁的边缘用胶布缠两圈，中间用泡沫填满，再粘上纸，标上N极，另一面标上S极。

（2）用一长和宽为60 cm的木板，在木板中间的边缘上用据子据开两个口，把斜槽镶到木板上并固定好。

3.实验方法

（1）在木板上放一张白纸，在白纸的4个角用图钉钉上，并在斜槽口中间的白纸上画一条直线，以表示磁环在不受力时的运动方向。

（2）把小环形磁铁从斜槽上某一高度处自由滚下，小环形磁铁会沿白纸上的直线方向滚动。

（3）如图4所示，把条形磁铁磁极端放在距离直线5 cm、斜槽8 cm左右的位置，从同样的高度再让小环形磁铁从斜槽上自由滚下，磁铁与运动小磁环之间就会产生相互的排斥力，做曲线运动。

4.优点及注意事项

（1）优点：此实验简单易作，取材也很方便，但实验效果却很明显。

（2）注意事项：小环形磁铁的边缘用胶布缠两圈，可增强磁环与木板间的弹性。同时，也增大磁环与木板间的静摩擦，以增强磁环的运动效果，在中间用泡沫填满，可防止小环形磁铁在做实验时滚落在地上损坏。

（3）实验时要注意将同极磁极相对着放置。

（4）实验前先把小环形磁铁从斜槽上滚下来看是否是直线运动，调整好高度，再放强磁铁。

参考文献：

[1]杨昌林.“曲线运动”的教学设计 [J].物理教学探讨，2012，30（11）：66―68.

[2]盛云生.曲线运动教学中的问题设计与思考[J].物理教学探讨，2015，33（11）：36―37.