利用自制教具探究重力的方向

山东省邹城市古路口中学 张培平

“重力的方向”是人教版物理教材八年级下册第七章第3 节的内容。对于该内容，教材和教师教学用书都没有设计实验探究，只是简单地介绍了重力的方向是竖直向下的。然而在教学实践中，笔者发现，许多学生认为重力的方向既可以理解为竖直向下，也可以理解为垂直向下。即使笔者对此进行纠正，学生还是常常将重力方向画成垂直向下，这说明依靠记忆无法真正地理解和运用知识。因此，在教学时应让学生去探究重力的方向，通过亲身实验改变自己的错误认识。但由于实验室没有探究重力方向的装置，师生只能自制实验教具来探究重力的方向。

一、实验背景

人教版八年级下册物理教师教学用书建议采用如图1 所示装置探究重力的方向。实验过程如下：让学生观察铅垂线的方向与水平桌面和斜面的关系，以此来区分竖直向下和垂直于接触面这两个概念是不同的。此时教师可以从数学角度强调竖直也是一种垂直，是特殊的垂直情况，是与水平面垂直。

图1

图2

苏教版物理教材八年级下册第八章第二节《重力 力的示意图》中采用如图2 所示装置判断重力的方向，具体活动设计如下：[猜一猜]物体所受重力的方向是怎样的？[试一试]用如图2 所示的器材进行实验。缓慢改变木板的倾角，观察悬线的方向。剪断悬线，观察小球下落的方向。[议一议]你还能设计出判断重力方向的其他实验方案吗？

不管是人教版教师教学用书还是苏教版教材，在探究重力方向时都是采用定性研究，无论用图1 还是图2 装置都很难测量铅垂线与水平面和斜面的夹角，而且不能进行多次实验。为了定量研究重力方向与水平面和斜面的关系，而且通过多次实验得出结论，笔者利用日常生活用品制成探究重力方向的实验装置。

二、制作材料

废弃的塑料光具座、两张光盘、连接光盘用的合页、螺丝钉、两个塑料滑块、带细线的金属圆锥体、自动雨伞的两节金属杆和螺丝刀、热熔胶枪等。

三、制作过程

（1）将合页打开至两面水平（最大角度180°），将两张光盘A 和B 用热熔胶粘贴在合页两面上，则两张光盘相互平行。

（2）在光盘A 上钻两个合适的小孔，用螺丝钉将光盘A 固定在塑料滑块C 上，光盘A 与塑料滑块C 平行。

（3）将废弃的塑料光具座拆开，用其中的一个底座和一节雨伞上的金属杆组成探究重力方向实验装置的支架。

（4）将带光盘的塑料滑块C 安装在支架上，由于塑料滑块与金属杆垂直，此时光盘与支架底座平行。

（5）在支架的金属杆上端再安装一个塑料滑块D，把另一节金属杆安装在塑料滑块D 的小孔中，拧紧螺丝钉，固定好金属杆。在金属杆上拴好带细线的金属圆锥体，让圆锥体穿过光盘B 的小孔。调整好圆锥体与光盘B 中心的位置，使细线不接触光盘B。探究重力方向的实验装置制作完成了，如图3 所示。

图3

图4

注：自制教具要从教材和教学实际需要出发，考虑学科的深度和广度，尽量做到能根据需求拆卸、组装，且方便携带和保管。

四、实验过程

（1）探究重力方向与水平面的关系。将支架放在水平工作台上，转动合页使光盘B 至水平方向（如图3）。待圆锥体静止时用手机拍照，打开手机量角器APP，测得细线与光盘B 间的夹角为90°，说明重力方向与水平面垂直。

（2）探究重力方向与斜面的关系。转动合页，使光盘B 变成倾斜面（如图4）。待圆锥体静止时用手机拍照，并用手机量角器APP 测得细线与光盘B 间的夹角小于90°，说明重力方向与斜面不垂直。

（3）将圆锥体从光盘B 的小孔中取出，转动合页，使光盘B 与光盘A 垂直，调整铅垂线位置，使其靠近光盘B，观察发现铅垂线与光盘B 平行。

（4）多次实验表明，重力方向只与水平面垂直，不与斜面垂直。实验证明重力方向是竖直向下而非垂直向下。

五、实验评价

（1）实验装置制作材料易得，制作过程简单，便于开展分组实验。废弃光盘、雨伞金属杆、合页和细线，生活中可以很容易找到。实验室每年配置新式光具座，将老式光具座变废为宝，每个光具座可以制作两个支架。只需螺丝刀和热熔胶枪等简单工具，就能轻松组装探究重力方向的实验装置。足够的装置方便在课堂上进行分组实验，学生通过做、学、思，总结归纳出重力的方向，这样不仅提高了学生的观察能力和思维能力，还提高了课堂的教学效率。

（2）实验操作简单，效果明显。小组进行实验时，只需转动合页，就能轻松调节光盘B 与水平面的角度。实验现象直观明显，通过观察和测量，很容易得出实验结论。实验完成后，通过拆卸，可以方便地保管实验器材。

（3）将定性研究变为定量研究，使实验结论更可靠。测量细线与光盘的夹角时，可以使用量角器测量，也可以使用手机量角器APP 测量，将信息技术与物理学科教学融合起来，从而更好地服务于学科教学。

六、结束语

物理教学要通过自制教具扎实开展实验教学，从而提高学生的动手能力、观察能力、分析和解决问题能力，提升学生的思维品质，培育其学习兴趣、创新精神和意志品质，提高学生的科学素养。