v＜gr，水流星中的水会流出来吗？

王中伟

摘要:本文就作者亲历的一次公开示范课上的演示实验,提出了进一步的反思和质疑。

关键词:水流星;演示实验;质疑;反思

中图分类号:G633.7 文献标识码:A文章编号:1003-6148(2009)11(S)-0004-2

2009年4月25日,厦门市第六届“激活课堂”高中新课程大型教学研讨活动在集美中学召开。笔者和厦门市另外两所龙头学校的老师上了三节示范课,三节课内容相同,都是司南版物理必修2第四章第三节《向心力的实例分析》。

在备课时,笔者就在思考怎样上出新意,如何创新且合理地突破重点和难点。水流星是大家上公开课经常做的实验,笔者决定对这个实验进行改进。取一个大的空塑料瓶,切去后半段、瓶壁上钻三个小孔并系上三根绳子,瓶盖盖紧并装上红墨水,水流星就做成了。再另做一个一样的水

流星,特别地,瓶盖上用缝衣针钻了七个小孔。创新之处就在于瓶盖上这七个小孔,其创意的来源是用钻孔的塑料瓶浇花。

以下是这一段教学过程的课堂互动实录:

师:水流星是杂技演员表演的一个节目。(取水流星,注入红墨水)当水流星转到最高点时,瓶口向下,水会流出来吗?

生:可能吧?转起来看看。(学生兴奋起来,有的后排的学生站起来准备看)

师:(先左右荡几下,突然加力,转起来)看,没有一滴水流出。

生:哇!(惊奇)

师:在最高处时的水处于什么运动趋势呢?

生:往上甩。

师:我们有没有办法来验证呢?(取瓶盖钻孔的水流星,介绍孔的来历,注纯净水,避免红墨水污染墙壁。注水时,水已经从孔中滴出,证明孔的存在。荡几下之后,加力甩,水流星在竖直平面内作圆周运动。水从小孔中喷出细流,喷的很远,黑板都湿了)

生:哇!

师:水确实往上甩!我转的速度越大,水喷出的速度怎么样?

生:越大。

师:逐渐减小转动速度,喷出的水的速度会越来越小。

生:(有个学生大声插话)会掉下来。

师:对,转速小会掉下来。到最高点有没有那样一个合适的速度,水既不会向上喷,也不会向下掉?

生:(思考)

师:到底有没有呢?

生:有。

师:确实有。那时候水不会向上喷,不挤压瓶盖,瓶盖对水有作用力吗?

生:没有。

师:那水受什么力?

生:只受重力。

师:重力起什么作用?

生:向心力。

师:根据牛顿第二定律列方程 mg=mv2/r,得v=gr,此时瓶中的水恰好不流出,也不会喷出!

第二天,全体听课老师在一起进行教学研讨时,一个老师提出质疑:v

笔者忽然想起,去年12月所上的一堂公开课讲《超重和失重》。当时做了一个实验:纯净水瓶子侧面钻孔,瓶盖上也钻孔(这是第一次钻孔,是为了消除大气压的影响),当瓶子自由下落时,水并不从侧面的孔流出!那现在当v

请注意,上面讲到的那句话,说当v=gr,水恰好“不流出”。可是,如果空气阻力不能忽略,那就不是完全失重状态,水流星的斜抛和水瓶自由下落会不会不一样?空气阻力会不会起明显的作用,使水和瓶子的加速度不同,而使水流出?空气阻力可以忽略吗?在这里,大气压扮演什么角色?大气压会不会阻挡水流出?

散会后,在回家的途中,笔者和一位特级教师电话探讨这个问题。他说没有空气阻力,水不会流出;有空气阻力,水应该流出。我很高兴,因为空气阻力肯定有。水如果流出,说明我没讲错。

晚上,笔者还在思考。实践出真知,为什么不做实验?做!

控制好力度,使水流星不能过最高点,反复做的结果是:在水流星作斜抛运动过程中,没有一滴水流出!当水流星接近地面绳子伸直时,水才由于瓶子的震动而溅出。

但还是说错了。空气阻力的影响可以忽略,大气压对水流星的总合力为零。即使空气阻力不可忽略,只要水和瓶子的加速度相同,就可以共同运动而水不流出。因此,应该说,v=gr时,水流星恰好不掉下来,v

但是,瓶盖钻孔的设计依然是很有新意的,很生动地说明了水挤压瓶盖的看不见的力是存在的,语言表述需要修正。

难忘的一次演示实验!

(栏目编辑赵保钢)