基于静止和运动两种状态下的惯性演示器

张依才

(济宁市第一中学，山东 济宁 272000)

目前我们的中学物理实验，对惯性定律演示仪器的研究尚未完全突破.换言之，也就是对动态物体惯性的演示仪器的研究至今进展甚微.因此，教师在讲授动态物体惯性时，不能结合仪器，采取边演边教的授课方式使学生获得生动的感性认识，以致学生对动态物体惯性的概念也就得不到充分的理解.为此，笔者认真研究了现有的惯性演示仪器，在理解现有仪器的原理的基础上，尝试进行了惯性定律演示器的改进研究.

1 现有教具装置图(见图1所示)

图1

这类仪器是常用的惯性演示器，当左侧弹片把钢片弹出，而小球会落入圆筒中，生动地说明了静止的小球具有保持原来静止的性质，它的优点是方便直观，容易操作.缺点是只能演示静止物体的惯性，无法演示运动物体保持原来速度的特性.

运动中物体的惯性，我们往往通过汽车上乘客停车时向前的倾倒，铲子往炉膛送煤等生活实例来说明.但不好在课堂上再现和演示，不利于没生活经验的学生获得感性认识.如何设计一种新型演示仪器，分别演示运动状态物体的惯性和静止状态物体的惯性，笔者尝试把现有演示器放到小车上，使其运动起来，进而演示运动中物体的惯性.

2 改进型惯性演示器(见图2所示)

图2

2.1 仪器说明

结合图2进一步说明，在一轮式车1上垂直安装弹性片2，在弹性片2相邻的一侧安装半径略大于钢球3半径的容器5，与容器5相邻的另一侧安装半径略大于钢球3半径的容器7.容器5内安装弹性装置6，容器7内安装弹性装置6，在垫板4中心设置小孔8，可以防止钢球随意滚动.轮式车1前端设置挂钩9，以便牵引车运动.容器5、7为透明容器，便于观察钢球的运动.

2.2 本仪器的功能

通过将弹性片、容器设置在轮式车上，不但能演示静止状态下，物体的惯性特征，当车运动时，可以演示物体运动的惯性特征.通过在容器中增加弹性装置，又增加了两种不同演示的方法，更加生动的演示在不同状态下物体的惯性.

2.3 使用方法

(1)静止物体惯性的演示.把轮式车1固定在水平桌面上，弹性片2弹击垫板4，板4上的钢球3落入容器5中;当容器5中安装弹性装置6后，钢球3落入容器5后，将反复弹跳最终落入容器5中.落入容器5说明了小球具有保持原来静止的性质，在容器5中弹簧的作用下反复跳跃但仍然落入容器5，说明水平速度始终保持为零.再次说明小球具有保持原来水平方向静止的性质.这实际上拓展了现有仪器静态物体惯性的演示.

(2)运动物体惯性的演示1.让弹片弯曲，并用细线栓系在轮式车1上.并把小车放在一端固定有定滑轮的长木板上，在适当悬挂物的牵引下匀速运动.烧断细绳，弹性片2弹击垫板4，板4上的钢球3落入容器5中;当容器5中安装弹性装置6后，钢球3落入容器5后，将反复弹跳最终落入容器5中.说明小球具有保持原来匀速直线运动的速度的性质.

(3)运动物体惯性的演示2.轮式车1在匀速运动状态下，遇到物体阻挡时.垫板4上的钢球3落入容器7中;当容器7中安装弹性装置6后，钢球3先是落入容器7中，随后又被弹出，由于小车减速，而小球又由于惯性的作用，保持原来的速度，最终落到容器7外.再一次生动地演示了小球具有保持原来匀速直线运动的性质.对于动态物体的惯性演示，该仪器实际上也提供了两种不同的演示模式.

该惯性演示仪实现了用同一装置演示不同状态时物体的惯性特征，达到了生动的效果.