“火车转弯演示器”的制作与实验

现行高中物理（必修）第一册第五章第六节的“匀速圆周运动实例分析”中，关于火车转弯时铁道外轨提供向心力概念，因无演示教具，教师比较难讲，而学生仅凭向心力理论去死板地理解和想象，也难听懂。为此，笔者试用组装办法制成了一套简单直观的演示教具，形象地将铁路道轨、火车轮轮缘及铁路转弯处外轨高内轨低的境况展现得一清二楚，教师边演示边简讲、学生边观察边理解，达到了易讲、易记的教学目的。现予介绍、供同行老师参考，不妥之处请指正。

1 制作所需器件及材料

①“运动合成演示器”中小车上的轮子（有轮缘）和横轴总程4套（作火车轮轴）；

②“摩擦计”中长方形木块2个（作车厢）；

③“仪器柜”的架板1块（粘铺“铁道轨”）；

④塑套电话板线约2.5米（粘制“铁道轨”）；

⑤502胶水1瓶、细铜丝约2厘米及木螺钉等。

2 制作方法（见图1）

①在仪器柜架板上粘两对一头较直、另一头有转弯的“铁道轨”，使一对在弯道处与直道一样两轨等高；使另一对在弯道处将外轨适当地均匀抬高一些，制成铁路道轨模型。

（注：铁路道轨模型还可制成一对铁轨中间直道、两端弯道，其中一端双轨等高、另一端外轨略高一些的形式。）

②在两个长方形木块上用木螺钉各安装两套轮轴总程制成“车厢”两个。

③将细铜丝折成“∽”状、并通过长方形木块端原有的羊眼圈联串两车厢；在两个连在一起的车厢两端头拴上牵引线，用手在线上朝不同方向拉动时，该组车厢可前后行驶。

3 实验操作

①水平放置铁道模型板、用手拉两车厢分别在两条轨道上前后行驶，可以看到：速度慢时，两车厢在两种弯道上均顺畅通过；速度一加快，外轨高的弯道上两车厢仍安全通过（说明外轨提供向心力作了贡献），而在两轨等高的弯道上发生了翻车事故（证明离心力使车厢重心严重向外偏移）。

②或将模型板铺直轨道一端抬高使两车厢分别在两对铁道上自由溜下，仍有两种不同现象发生（现象同前，略）。

4 实验效果

由于车厢运行过程极像火车行驶实况，非常直观形象，这特意为学生们创设的物理情境，使他们发生了兴趣和好奇感，激活了大脑思维。这时教师稍加巧妙点拨，学生通过观察现象，毫不费劲地理解了火车转弯外轨高内轨低时，外轨提供向心力作贡献达到外轨不受轮缘的压力和不翻车的道理，从而轻松地加深了对向心力概念的理解记忆。这是一节典型的变想象分析为观察理解的创新实验课。

5 创新特点

①利用了现有仪器的大量零部件，拓宽和发掘其使用范围。

②使用了易找材料、造价低，节省了仪器购置费。

③需要时组装新仪器简单，用毕后拆掉重组原仪器容易，适宜于贫困地区中学试制试用。