运用低成本实验突破教学难点——以“曲线运动”教学为例

王 维 王传友

(1. 安徽省亳州市第一中学,安徽 亳州 236800;2. 安徽省亳州市第三中学,安徽 亳州 236800)

运用低成本实验突破教学难点
——以“曲线运动”教学为例

王 维1王传友2

(1. 安徽省亳州市第一中学,安徽 亳州 236800;2. 安徽省亳州市第三中学,安徽 亳州 236800)

本文以“曲线运动”的教学为例,阐述如何自制实验仪器进行实验教学，突破教学难点，使学生体验科学探究方法，培养其科学探究能力.

曲线运动;自制仪器;实验探究

物理学以观察和实验为基础,实验在物理教学中的作用非常十分重要.在平时的教学中,利用身边的日常生活用品或废弃材料自制教具，开发、设计低成本实验,不仅可以突破教学难点,还可以拉近学生与物理的距离,让学生感受到物理就在身边.笔者在平时的教学中努力尝试自主设计和制作满足教学需要的实验教具,成为教学中的亮点,可有效突破教学难点,提高教学质量，下面以“曲线运动”的教学为例，予以说明.

1 实验教学设计思路

首先通过学生小组实验，探究得出圆周运动这种特殊曲线运动的瞬时速度方向:轨迹上该点的切线方向.然后让学生猜想一般曲线运动的瞬时速度方向,教师通过演示实验予以证实，再通过问题引导学生从理论上利用极限的思想，进一步加以证实，最后利用可显示抛体运动速度方向的“飞镖”，让学生体验.通过探究实验、演示实验、理论证明、实验体验让学生亲历探究过程,在掌握知识的同时，培养学生探究物理问题的习惯、观察实验和分析推理的能力.

2 实验教学过程

2.1 学生分组实验，探究圆周运动的速度方向

实验装置如图1所示，让学生把圆形塑料盒倒扣在桌面上,小球放在盒内,先在桌面上连续转动塑料盒，让其带动内部小球做圆周运动,半分钟后手停止转动，并按稳塑料盒,让学生观察小球的圆周运动,利用视觉暂留便会形成圆周轨迹的图像,再移走塑料盒,问：小球沿什么方向运动?为什么这样运动？学生通过观察、讨论，得出结论：小球沿切线方向运动，这是由于惯性，使其保持离开圆轨道的那点的瞬时速度继续运动，可说明做曲线运动的物体的速度方向在该点的切线上.

图1

学生在回答时，可能会出现表达不简洁等情况,教师可提示学生：小球沿直线，还是曲线运动?再提示直线与其圆轨迹的关系，学生会说出小球沿直线运动，与圆周相切,这样问题便迎刃而解了.

2.2 教师演示实验，探究曲线运动的速度方向

(1) 曲线运动速度方向演示仪的制作

利用一块平整木板,将斜槽固定在其中,在木板上画一条一般曲线，并沿其切开成两部分,将此两部分适当分开即形成曲线轨道(如图2),将此板对分成四部分,用双面胶粘将其贴在平整木板上,钢珠由斜槽上释放后进入曲线轨道，可演示小球做曲线运动的速度方向.

图2

(2) 演示过程

如图3所示，在平整木板上有一曲线轨道,它是由几段稍短的轨道组合而成的.钢珠在斜槽上释放滚下,由轨道的一端滚入,在轨道的束缚下按轨道的形状做曲线运动.在轨道的下方放一张白纸,蘸有红色印泥的钢珠离开轨道后在白纸上留下一条运动的痕迹,它记录了钢珠在A点的运动方向.

图3

加上一段短轨道,钢珠的轨道出口改在B处,蘸有红色印泥的钢珠离开轨道后在白纸上留下一条运动的痕迹,记录了钢珠在轨道B点的运动方向.

2.3 理论分析,渗透极限思想

物体做曲线运动的运动轨迹如图4所示，在曲线上取两点A、B作直线，这条直线叫割线.设想B点逐渐向A点移动，分别作出割线AB1、AB2、AB3……当B点非常接近A点时的割线就是A点的切线.物体从A点运动到B点，平均速度的方向沿着AB方向；物体从A点运动到B1点，平均速度的方向沿着AB1方向；物体从A点运动到B2点，平均速度的方向沿着AB2方向……当B点非常接近A点时的平均速度即为物体在A点的瞬时速度.由割线到切线的过程，使用了数学极限方法.由平均速度过渡到瞬时速度，做曲线运动的质点经过某位置的速度方向就是曲线过这点的切线方向.

图4

2.4 学生通过“飞镖”实验，深化对曲线运动方向的理解

如图5所示，利用透明塑料吸管、钢钉、红色纸条做一个能显示抛体运动速度方向的“飞镖”.请学生投掷“飞镖”，观察“飞镖”在空中运动过程中红色纸条方向的变化，活化学生对曲线运动速度方向的认识.

图5

3 结语

实验是物理教学的“灵魂”,运用低成本实验，可使学生在实验探究中经历知识的发现过程,掌握科学的研究方法，使实验教学真正起到培养学生创造能力、问题解决能力、提高科学素养的作用.