“曲线运动”教学中两个创新演示实验设计

崔爱玉

(南京第十三中学　江苏 南京　210008)

1　对曲线运动描述时实验创新设计

1.1　传统教学中描述曲线运动的方法

课堂的引入是先给出如图1的几组图片.教师提出汽车转弯，运动员骑车比赛、秒表的转动，这些图片有什么共性呢？学生很自然回答各质点的运动轨迹都是曲线．并提出了曲线运动的概念，运动轨迹是曲线的运动称为曲线运动．

这种课堂引入比较单一，不够激发学生兴趣．

图1　课堂引入图片

还有教师采用飞镖的游戏引入曲线运动，但是飞镖运动太快，学生更多关注中了几环，还很少关注飞镖的轨迹．

1.2　马格努斯滑翔机的设计及教学

笔者采用马格努斯滑翔机引入课题，在课堂上引起了轰动，学生在观察滑翔机飞翔时，不仅观察运动轨迹，还在思考为何能运动．虽然滑翔机为何能运动不是本节课的重点，重点就观察运动轨迹．这已经极大勾起学生学习曲线运动的热情．

制作马格努斯滑翔机的器材有：5个橡皮筋，两个一次性杯子，宽的透明胶带．

方法：把5根橡皮筋连成如图2所示的长橡皮筋，用透明胶带把两个纸杯的底端相连．然后用拇指按住橡皮筋的一端，把橡皮筋绕在两个杯子中间，就是胶带绕的地方，皮筋适度拉紧，橡皮筋不能把杯子箍坏了，接着 左手拇指仍然按住皮筋的一端，右手拇指拉着皮筋的另一端．松开左手的话，在皮筋弹力的作用下，杯子就会向前弹射出去，因为皮筋一开始是绕在杯子上面的，所以杯子向前运动的同时，还会逆时针旋转．具体步骤参考图2.

图2　制作马格努斯滑翔机

2　对探究曲线运动条件的实验创新设计

2.1　传统探究曲线运动实验设计及评析

如图3所示，水平桌面上摆着一条弯曲的轨道它是由几段稍短弧形轨道组合而成的．通过压缩弹簧或者斜面，使钢球由轨道的C端滚入，在轨道的约束下做曲线运动．在轨道的下面放上一张白纸，蘸着墨水的钢球从出口A离开轨道后在白纸上留下一条运动的痕迹， 它记录了钢球在A点的运动方向． 拆去一段轨道，将钢球的轨道出口改在B． 用同样的方法可以记录钢球在轨道B点的方向． 通过寻找白纸上的墨迹与轨道(曲线)的关系， 从而得到“质点在某一点的速度，沿曲线在这一点的 切线方向”的结论．

图3

实验的缺陷是蘸着墨水的钢珠很快墨水就没有了，钢珠滚出管子时候，滚到白纸上没有痕迹，包括钢珠在轨道内的轨迹也不清晰．

2.2　常规创新设计实验及分析

很多教师在上课时候，采用墨水滴在转动的陀螺上，观察纸上的墨水痕迹．有很多教师用圆心有洞的圆形硬纸板做底板，目的是让陀螺在同一个点上转动，待陀螺平稳后，在其边缘处滴红墨水．

如图4所示，圆的切线和墨水飞出的轨迹基本重合． 这一实验说明， 圆周运动的速度方向与沿该点的切线方向一致．

图4　将墨水滴在转动的陀螺上

实验的缺陷是墨水从陀螺的边缘甩出，陀螺有一定高度，墨水做平抛运动落在白纸上，直接讲白纸上墨水的痕迹就是圆周运动的某点的速度方向结论没有问题，但是涉及到平抛运动过程中沿水平方向运动的分速度大小方向是不变的，这个知识点学生还没有学到．也就是说教学中不能用后概念来分析前概念的现象．

2.3　改良陀螺创新实验设计及分析

笔者由陀螺实验想到了用转动的光盘来代替陀螺，这样墨水被甩出时候直接洒到白纸上，减少了做平抛运动的时间．实验设计步骤如下：

(1)准备材料.方形的透明有机玻璃，小型电动机，导线2根，干电池2节，胶带1卷，相同大小橡皮塞4个，小号橡皮塞1个，白纸若干，万能胶，钻孔机，光盘，针管，红墨水；

(2)做底座．在方形有机玻璃下方4个脚用万能胶粘连4个大小相同橡皮塞；

(3)粘连电动机．在有机玻璃的中间钻个小孔，把电动机的钻头从玻璃中间露出一点，电动机本身固定在有机玻璃下方；

(4)固定光盘．用小号橡皮塞中心钻孔，塞在光盘中间，再固定到电动机的转头上；

(5)连接电源，判断光盘是否转动；

(6)在光盘和有机玻璃之间放一张白纸，在白纸上画下光盘的圆；

(7)滴红墨水，接通电源，观察红墨水被甩出光盘的轨迹．具体步骤如图5所示.

(a)

(b)

(c)

改进后的实验能在光盘的边缘沿着切线方向画，我们发现总能和红墨水的轨迹重合．红墨水离开光盘的瞬间滴到白纸上，减少了做平抛运动的时间，分析曲线运动某点速度方向，可以很明显由实验得到沿着曲线在这点的切线方向的结论．

3　改进评价

经过上述改进后，两个实验的成功率大幅度提高，比起以前的传统实验不仅直观，而且更能激发学生的学习兴趣．实验所用的材料也是比较生活中比较常用的材料，提高了实验的可行性．特别是探究曲线运动某点的速度方向的实验，设计新颖，操作方便，便于理解观察研究．