徐永明 徐 萌

（江蘇省濱海中學(xué)，江蘇 鹽城 224500）

曲線運動這一節(jié)的難點：一是軌跡上任一點速度的方向，二是物體做曲線運動的條件，三是運動的合成與分解.教科書中，用紅燭塊在長玻璃管中運動的演示實驗，把運動的合成與分解簡潔、直觀地敘述清楚了，而對于速度的方向與曲線運動的條件，筆者使用2個自制的儀器更有助于學(xué)生的理解.

1 器材介紹

1.1 液滴速度方向顯示儀

圖1

儀器制作：取一個直徑6cm左右的透明圓柱形塑料瓶（飲料瓶），剪去上半部，變成無蓋的圓柱形容器；用剪刀或美工刀在底部的正中央鉆一個小孔，孔徑與筆芯直徑相等或略小，把空的去頭的水筆芯插入小孔，露在底部外面的長度約4mm，502膠水涂在中心孔處，粘合筆芯與塑料瓶，筆芯成為儀器的轉(zhuǎn)軸；用縫衣針在離底部3mm處側(cè)壁戳一圈細孔，孔徑約為1mm左右，不能太大，如圖1所示，右圖是塑料瓶底子.另取一薄板，可用油膜法測定分子大小實驗中有機坐標板代替，在板的正中央用剪刀或美工刀鉆一個比筆芯直徑略大的小孔，制作完畢.

使用方法：取一張8開的大白紙覆蓋在坐標板上，儀器底部露出的轉(zhuǎn)軸戳破白紙正好卡在坐標板的中心小孔中.向儀器中輕輕注入1cm深的墨水，由于表面張力的作用，此時墨水不會從小孔中流出.塑料瓶放在坐標板的正中央，露出瓶底的轉(zhuǎn)軸正好卡在坐標板的中心小孔中，拇指與食指捏住轉(zhuǎn)軸上部，迅速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)軸，整個儀器跟隨一起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)軸不離開坐標板中心孔，確保墨水滴甩出前做圓周運動.

實驗現(xiàn)象：如圖2所示，圖中的圓是瓶底在白紙上留下的印跡，墨水滴從小孔中甩出，由于慣性在白紙上留下長長的“尾巴”，顯示墨水滴的運動方向，可看出墨水滴的運動方向都與圓相切，而不是沿某一條半徑方向向外，說明做圓周運動的物體，在某點的速度方向就是該點的切線方向.

實驗原理：（1）利用液體的表面張力.因為液體的表面張力以及小針孔直徑很小，所以注入墨水后不會從小針孔中流出.（2）利用離心現(xiàn)象.墨水雖然不從小孔中流出，但會有小墨水滴從小針孔中凸起，當(dāng)轉(zhuǎn)動軸時，分子間作用力提供小墨水滴的向心力，當(dāng)轉(zhuǎn)速很大時，分子間作用力不足以提供向心力，小墨水滴被甩出.（3）利用慣性現(xiàn)象.甩出的小墨水滴，在水平方向做勻速直線運動，豎直方向做自由落體運動，小墨水滴落到白紙上時，由于慣性，繼續(xù)向前運動，顯示運動的方向.（4）坐標板的作用.塑料瓶的軸剛好卡在坐標板的中心孔中，瓶轉(zhuǎn)動時確保整體做圓周運動.（5）502膠水作用.一是固定連接瓶與筆芯，使筆芯成為能帶動瓶轉(zhuǎn)動的軸，二是防止墨水沿筆芯從中心底孔漏出.

圖2

1.2 強磁甘油曲線運動儀

儀器制作：取一方形玻璃槽，如圖3所示，（a）圖是正面圖，（b）圖是側(cè)面圖，高度適當(dāng)，注入適量的甘油，側(cè)面用膠帶懸掛一強磁鐵，位置可調(diào)節(jié)，如（b）圖，另備多個小鐵球，制作完畢.

圖3

使用方法：將小鐵球距離強磁鐵較遠處輕輕放入甘油，調(diào)節(jié)磁鐵的位置改變小球運動的軌跡.

實驗現(xiàn)象：小球極短時間內(nèi)開始緩慢向下勻速運動，當(dāng)運動到強磁鐵附近時，小球向強磁鐵一側(cè)彎曲.

實驗原理：以20℃為例，甘油的密度約為ρ甘＝1.26331×103kg/m3，粘滯系數(shù)η＝1.410Pa·s（水的粘滯系數(shù)為1.0×10－3Pa·s），假設(shè)水槽足夠深，面積足夠大，小鐵球的半徑R＝3.00×10－3m，密度為7.87×103kg/m3，在甘油中小鐵球先加速后勻速，當(dāng)f＋F浮＝mg時，小鐵球速度達到最大值，即

如果用水代替甘油，最大速為129.6m/s，易證，小鐵球在甘油中下降幾厘米后就以較小的速度勻速下降，而在水中要下降很長的距離后以較大的速度勻速下降.因此，本實驗中，用甘油而不用水，保證小鐵球有較長的下落時間，便于觀察、操作與調(diào)控.如果換用直徑更小的球，下落時間將更長，但后排的學(xué)生觀察不清.實踐證明，演示實驗的小球直徑0.5cm左右為宜.

2 自制儀器使用案例

學(xué)生學(xué)習(xí)這節(jié)內(nèi)容，因思維定勢的消極作用而犯錯誤的現(xiàn)象，屢見不鮮，這兩個自制儀器的使用，有助于學(xué)生理解學(xué)習(xí)的難點.表1是教學(xué)設(shè)計的兩個片斷，展示如何突破難點.

表1

1 劉竹琴，馮紅俠.甘油的粘滯系數(shù)與溫度的關(guān)系的實驗研究［J］.延安大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，（04）：35－37.

2 秦允豪.普通物理學(xué)教程熱學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2004：110.