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        基于靜止和運(yùn)動(dòng)兩種狀態(tài)下的慣性演示器

        2014-10-21 13:15:58張依才
        物理教師 2014年3期
        關(guān)鍵詞:輪式墊板鋼球

        張依才

        (濟(jì)寧市第一中學(xué),山東 濟(jì)寧 272000)

        目前我們的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn),對慣性定律演示儀器的研究尚未完全突破.換言之,也就是對動(dòng)態(tài)物體慣性的演示儀器的研究至今進(jìn)展甚微.因此,教師在講授動(dòng)態(tài)物體慣性時(shí),不能結(jié)合儀器,采取邊演邊教的授課方式使學(xué)生獲得生動(dòng)的感性認(rèn)識,以致學(xué)生對動(dòng)態(tài)物體慣性的概念也就得不到充分的理解.為此,筆者認(rèn)真研究了現(xiàn)有的慣性演示儀器,在理解現(xiàn)有儀器的原理的基礎(chǔ)上,嘗試進(jìn)行了慣性定律演示器的改進(jìn)研究.

        1 現(xiàn)有教具裝置圖(見圖1所示)

        圖1

        這類儀器是常用的慣性演示器,當(dāng)左側(cè)彈片把鋼片彈出,而小球會落入圓筒中,生動(dòng)地說明了靜止的小球具有保持原來靜止的性質(zhì),它的優(yōu)點(diǎn)是方便直觀,容易操作.缺點(diǎn)是只能演示靜止物體的慣性,無法演示運(yùn)動(dòng)物體保持原來速度的特性.

        運(yùn)動(dòng)中物體的慣性,我們往往通過汽車上乘客停車時(shí)向前的傾倒,鏟子往爐膛送煤等生活實(shí)例來說明.但不好在課堂上再現(xiàn)和演示,不利于沒生活經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生獲得感性認(rèn)識.如何設(shè)計(jì)一種新型演示儀器,分別演示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)物體的慣性和靜止?fàn)顟B(tài)物體的慣性,筆者嘗試把現(xiàn)有演示器放到小車上,使其運(yùn)動(dòng)起來,進(jìn)而演示運(yùn)動(dòng)中物體的慣性.

        2 改進(jìn)型慣性演示器(見圖2所示)

        圖2

        2.1 儀器說明

        結(jié)合圖2進(jìn)一步說明,在一輪式車1上垂直安裝彈性片2,在彈性片2相鄰的一側(cè)安裝半徑略大于鋼球3半徑的容器5,與容器5相鄰的另一側(cè)安裝半徑略大于鋼球3半徑的容器7.容器5內(nèi)安裝彈性裝置6,容器7內(nèi)安裝彈性裝置6,在墊板4中心設(shè)置小孔8,可以防止鋼球隨意滾動(dòng).輪式車1前端設(shè)置掛鉤9,以便牽引車運(yùn)動(dòng).容器5、7為透明容器,便于觀察鋼球的運(yùn)動(dòng).

        2.2 本儀器的功能

        通過將彈性片、容器設(shè)置在輪式車上,不但能演示靜止?fàn)顟B(tài)下,物體的慣性特征,當(dāng)車運(yùn)動(dòng)時(shí),可以演示物體運(yùn)動(dòng)的慣性特征.通過在容器中增加彈性裝置,又增加了兩種不同演示的方法,更加生動(dòng)的演示在不同狀態(tài)下物體的慣性.

        2.3 使用方法

        (1)靜止物體慣性的演示.把輪式車1固定在水平桌面上,彈性片2彈擊墊板4,板4上的鋼球3落入容器5中;當(dāng)容器5中安裝彈性裝置6后,鋼球3落入容器5后,將反復(fù)彈跳最終落入容器5中.落入容器5說明了小球具有保持原來靜止的性質(zhì),在容器5中彈簧的作用下反復(fù)跳躍但仍然落入容器5,說明水平速度始終保持為零.再次說明小球具有保持原來水平方向靜止的性質(zhì).這實(shí)際上拓展了現(xiàn)有儀器靜態(tài)物體慣性的演示.

        (2)運(yùn)動(dòng)物體慣性的演示1.讓彈片彎曲,并用細(xì)線栓系在輪式車1上.并把小車放在一端固定有定滑輪的長木板上,在適當(dāng)懸掛物的牽引下勻速運(yùn)動(dòng).燒斷細(xì)繩,彈性片2彈擊墊板4,板4上的鋼球3落入容器5中;當(dāng)容器5中安裝彈性裝置6后,鋼球3落入容器5后,將反復(fù)彈跳最終落入容器5中.說明小球具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度的性質(zhì).

        (3)運(yùn)動(dòng)物體慣性的演示2.輪式車1在勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,遇到物體阻擋時(shí).墊板4上的鋼球3落入容器7中;當(dāng)容器7中安裝彈性裝置6后,鋼球3先是落入容器7中,隨后又被彈出,由于小車減速,而小球又由于慣性的作用,保持原來的速度,最終落到容器7外.再一次生動(dòng)地演示了小球具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì).對于動(dòng)態(tài)物體的慣性演示,該儀器實(shí)際上也提供了兩種不同的演示模式.

        該慣性演示儀實(shí)現(xiàn)了用同一裝置演示不同狀態(tài)時(shí)物體的慣性特征,達(dá)到了生動(dòng)的效果.

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