“口袋实验”进课堂对提升物理教学实效性的提升作用初探

王勇

“口袋实验”是通过简单的设计，方便教师课堂教学而构思的实验系列。牵连体模型经常是速度分解、系统问题、动态平衡问题等多个高中物理教学中比较常见的模型：一根轻绳两端联系了两个质点或者两根轻绳端点连接物体处于平衡状态。此类问题在日常教学过程中经常停留在纸面作图、理论分析以及动画课件的层面上，学生缺乏实际实验的真实感受。

一、 牵引绳教具结构

1. 非弹性绳

使用棉质细线60cm长，要求该细线白色不可伸长。细线一端拴单摆小钢珠，直径1cm，另一端系在一圆柱形磁铁上，厚度约为0.5cm，直径1.5cm，该圆柱形磁铁圆心处有螺丝，可用来拴住细线一端打结固定。再取另一枚圆柱形磁铁，厚度为1cm，直径为0.8cm，要求磁力较强，能吸引在黑板上， 能承载500g左右的砝码重力；圆柱形强磁铁侧面较光滑，主要做为定滑轮使用。米尺1把，粉笔若干，教学用量角器1把。教具完成后其结构如示：

2. 弹性绳与非弹性绳组合

使用橡皮筋一根，自然长度15cm，要求自然长度状态下较直，拉伸长度极大值约为40cm左右；棉质细线，长为60cm；小钢珠、强力磁铁、圆柱形磁铁等规格同1.1（非弹性细绳）。该教具组建后如示2：

二、 教具对速度的分解问题的定量分析

1. 问题：如图所示，用跨过定滑轮的绳把湖中小船拉靠岸的过程中，已知船以恒定的速度v匀速直线运动靠岸，则在岸边拉绳的速度（ ）

A.逐渐减小 B.逐渐增大 C.保持不变 D.先增大后减小

解析：船的运动分解如右侧示意图：

将小船的速度v分解為沿绳子方向的v1和垂直于绳子方向的v2，则：v1=vcosθ；当小船靠近岸时，θ变大，在岸边拉绳的速度逐渐减小.故选A.

2.教具演示分析：

A. 以强力磁铁代替滑轮，小钢珠代替牵引绳端其运动速度为v，圆形磁铁代替小船，其速度为v。

B. 将棉质细线绕过定滑轮，竖直一侧保持竖直方向不变；另一侧细线与竖直夹角应尽量大一些为佳（70o左右）；先定性演示——将圆柱形磁铁向左沿直线靠近竖直线，可以明显的观察到小钢珠下落运动是先加速后减速。

C. 将圆形磁铁水平匀速直线运动轨迹在黑板上用粉笔绘制一根直线，在直线上用一定的长度S将直线等距离分割若干段，并标注ABCD等各点。

D. 细绳跨过定滑轮强磁铁，让钢珠自然下垂与黑板表面尽量不接触。将圆形磁铁分别移动到ABCD等各点位置，并同时用粉笔标记出小钢珠各点对应的位置ABCD。

结论：由ABCDE各点间隔数据可判断小钢珠减速直线运动，即：在岸边拉绳的速度逐渐减小；并且加速度逐渐增大。

三、教具对动态平衡问题的分析

1. 问题：在倾角为θ的斜面上有一块竖直挡板，在挡板和斜面之间有一重为G的光滑小球，如图在挡板缓慢放平的过程中，小球对挡板的压力（ ）

A.逐渐增大 B.逐渐减小 C.先减小后增大 D.先增大后减小

解：受力分析如图，将F1与F2合成，其合力与重力等大反向如图：挡板转动时，挡板给球的弹力FN1与斜面给球的弹力FN2合力大小方向不变，其中FN2的方向不变，作辅助图如右图，挡板转动过程中，FN1的方向变化如图中a→b的规律变化，变化规律是逐渐的变小，挡板与斜面垂直时为最小，继续转动，FN1又开始增大，小球对挡板的压力先减小后增大，C正确。

2. 教具演示分析：

A. 将圆柱磁铁牵引橡皮筋放置在黑板上某点A，并标记结点O的位置，用粉笔标记。

B. 保持静止，将圆柱形磁铁从A点缓慢向斜下方移动到另一个位置，达到新的平衡后保持结点O的位置不变，再标记圆柱形磁铁的位置B；

C. 重复上述步骤，移动圆柱形磁铁到不同位置，标注位置C、D；

D. 连接ABCD各点成为一条直线。如示意图图6。

E. 实验结论：橡皮筋的长度可以观察到先变小后变大，根据橡皮筋的拉力与形变量成正比可知，橡皮筋的拉力T等效于问题中的弹力FN2，并且能比较清晰的看到直线ABCD与细绳OM基本平行，即验证了平行四边形的正确性。

教具的制作不仅仅是一种简单的模仿，也不仅仅是为解决一个具体问题而临时制造的，它是一个创新工作，需要的是教师平时的积累和思考。提出“口袋实验”的实验教学理念，在范围较广的公开教学展示课上获得了好评，也得到了教师的认可。希望能通过这样的设计，能将物理实验在平时的日常教学中得到广泛使用，树立突破难点的信心。