張麗 張雄

摘 ? 要：在物理課堂上學(xué)生能夠積極參與、樂于探究、勇于實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容的趣味性起到了重要作用。將趣味物理問題改裝為物理實(shí)驗(yàn)可以增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的趣味性。經(jīng)過探究后，將兩個關(guān)于牛頓第三定律的趣味物理問題改裝為物理實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：趣味;物理問題;物理實(shí)驗(yàn);牛頓第三定律

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2015）9-0059-2

1 ? ?引 ? 言

物理學(xué)的形成與發(fā)展是依賴于實(shí)驗(yàn)的，而各種直觀、有趣、反人類直覺的實(shí)驗(yàn)也恰恰是物理這一門學(xué)科的獨(dú)到閃光點(diǎn)。因此，物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃尯闷嫘暮吞剿骶駨?qiáng)烈的學(xué)生情不自禁地喜歡上物理學(xué)科。

如今課堂中的物理實(shí)驗(yàn)，無論是演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，總是不太能夠提起學(xué)生的興趣。所以，如何開發(fā)物理實(shí)驗(yàn)并且將其趣味化是教師需要研究的重要課題。筆者通過研究認(rèn)為滿足以上條件的實(shí)驗(yàn)可以從趣味物理問題中改裝而來，這樣的實(shí)驗(yàn)無論在趣味性、思考價(jià)值和難易程度上都很適合我們的中學(xué)生。

2 ? ?風(fēng)扇帆船模擬實(shí)驗(yàn)

2.1 ? ?趣味物理問題

有個人想乘帆船出海旅行，又怕碰上沒有風(fēng)的天氣，帆船無法行駛，他想在船尾安裝一臺風(fēng)扇（見圖1），對著帆船吹風(fēng)，這不就可以揚(yáng)帆旅行了嗎？你認(rèn)為他的想法是否可行，簡單說明原因。

2.2 ? ?物理原理

答案是他的想法不可行，無論風(fēng)力有多大，帆船不會動。第一種解釋方法（牛頓第三定律）：因?yàn)榱Φ淖饔檬窍嗷サ?，風(fēng)扇給帆一個力的同時帆也給風(fēng)扇一個力，根據(jù)牛頓第三定律，我們知道這對作用力和反作用力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，而這兩個力最終作用在同一個物體上，即船上，所以船不會行駛。第二種解釋方法（動量守恒定律）：將風(fēng)扇、帆、帆船看作一個整體，在沒有外力的作用下，系統(tǒng)動量守恒，所以船不會動。

2.3 ? ?自制風(fēng)扇帆船模擬實(shí)驗(yàn)教具

按照趣味問題中的描述，自制風(fēng)扇帆船教具未嘗不可，但是重量、風(fēng)力大小等合適的風(fēng)扇不易直接找到，自制難度也不小。而且小船在水中的受力還存在水的阻力，上述物理原理分析其實(shí)沒有考慮到阻力因素。經(jīng)探究后發(fā)現(xiàn)可以用小車、氣球等簡單材料的組合來模擬風(fēng)扇帆船，從而解決以上問題。自制教具構(gòu)造圖見圖2。

所需材料：平板小車1輛、冰淇淋盒子1個、粗吸管1根、氣球1個、膠水或者細(xì)線。

（1）在冰淇淋盒子的側(cè)面剪出一個和吸管截面大小相同的圓孔。

（2）用膠水或者細(xì)線將裁剪好的冰淇淋盒子固定在小車上。

（3）把氣球口套在吸管上，并用細(xì)線扎緊氣球口，防止漏氣。

（4）對著吸管吹氣讓氣球膨脹，吹好氣后捏住氣球口，防止漏氣。

（5）將吸管口插入盒子的圓孔中后，松開捏著氣球口的手，讓氣體沖擊對面的側(cè)面。

充滿氣體的氣球沿吸管噴出模擬風(fēng)扇，被開圓孔面的對面相當(dāng)于帆，小車相當(dāng)于小船。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：無論氣球儲蓄多少氣體，都不能吹動小車。

2.4 ? ?風(fēng)扇帆船模擬實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的運(yùn)用

從教學(xué)內(nèi)容上來說，該實(shí)驗(yàn)既可用于牛頓第三定律，也可以用于動量守恒定律。對于教學(xué)環(huán)節(jié)來說，如果用于新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，可以成為有趣的問題情境，從而激發(fā)他們的求知欲。用于新課教學(xué)環(huán)節(jié)，它可以定性說明作用力和反作用力的大小關(guān)系和一個系統(tǒng)在不受外力情況下的動量變化情況。在教學(xué)小結(jié)環(huán)節(jié)追問：“怎樣改裝可以使帆船行駛？”起到知識應(yīng)用拓展的作用。

3 ? ?浮力與其反作用力

3.1 ? ?趣味物理問題

初中物理有一道經(jīng)典題目：把一杯水放在秤上，然后手指伸進(jìn)水里（手指未碰到杯底，水未溢出），問秤的示數(shù)怎么變。這與另外一個謎題很類似：如果鳥在卡車內(nèi)，鳥在飛翔的時候卡車的重量會比鳥靜止在車廂的地板上時輕嗎？結(jié)果是鳥的翅膀?qū)ㄜ囓噹┘拥南蛳碌牧?，與靜止時鳥的重量相等。

3.2 ? ?物理原理

答案是“變大了”。一種解釋（液體壓強(qiáng)原理）：根據(jù)液體壓強(qiáng)公式，因?yàn)樗簧?，所以對杯底的水壓增大了，從而杯底受到的壓力也就增大了。另一種更好的解釋（牛頓第三定律）：你的手指受到了一個豎直向上的浮力，水自然也就受到了一個豎直向下的反作用力，這個力的大小就等于手指排開水的重量。因此，你可以把手占據(jù)的位置替換成一堆水?？梢姡永锏乃肯喈?dāng)于是憑空增加了，秤的示數(shù)自然也就增加了。

3.3 ? ?浮力與其反作用力的測量裝置

所需材料：天平1臺、燒杯2個、彈簧秤1個、重物1個、細(xì)線1根、水。

實(shí)驗(yàn)原理：（1）用天平測量物體對液體壓力的方法：兩杯質(zhì)量相等的水放在天平上，天平平衡，見圖3。在左側(cè)水中浸入重物時，由于液體受到壓力，左側(cè)天平下降。撥動游碼，使天平重新恢復(fù)平衡，此時游碼的讀數(shù)就是物體對液體的壓力大小，見圖4。

（2）彈簧秤測量物體所受浮力的方法：用彈簧秤分別測量重物靜止在空氣中和水中所需的拉力，兩次的示數(shù)之差即為物體所受的液體浮力大小。

3.4 ? ?定量探究相互作用力大小關(guān)系

牛頓第三定律教學(xué)中需要定量研究作用力和反作用力大小的關(guān)系。目前教師使用的探究實(shí)驗(yàn)大概有兩類，一類是通過讓學(xué)生將兩個彈簧秤勾在一起拉，分別探究處于靜止不動和向同一方向緩慢運(yùn)動兩種情況下兩個彈簧秤的示數(shù);一類是通過使用計(jì)算機(jī)和力傳感器探究兩個物體之間的撞擊力。筆者設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是：

（1）探究在靜止?fàn)顟B(tài)下相互作用力的大小關(guān)系

為了探究物體在靜止?fàn)顟B(tài)，作用力和反作用力的大小關(guān)系，我們需要探究一個物體以不同大小的力作用在另一個物體上時，其得到的反作用力是多少。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下：通過改變物體浸入體積實(shí)現(xiàn)浮力大小的改變，測量出每次其反作用力的數(shù)值。

（2）探究在不同運(yùn)動狀態(tài)下相互作用力的大小關(guān)系。

當(dāng)一個物體壓向另一個物體或者一個物體將另一個物體拉動，這樣的情況下，學(xué)生的直覺認(rèn)為被壓或被拉的那一方施加的力小于另一方。為了打破這樣的直覺錯誤，設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)：首先將重物用細(xì)線拴住，然后將重物完全浸沒于水中，調(diào)節(jié)天平，使平衡，剪斷細(xì)線，觀察小物體減速下落過程中天平是否依然平衡。如果依然平衡，說明運(yùn)動狀態(tài)不同的情況下，相互作用力依然滿足相等關(guān)系。

以上兩個探究實(shí)驗(yàn)說明了相互作用力的大小“總是”相等。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭衛(wèi)東.低成本物理實(shí)驗(yàn)的巧妙設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].物理教學(xué)探討，2012，30（7）：1.

[2]百度文庫.物理漫畫──奇思妙想[EB/OL].http：//wenku.baidu.com/view/e99e08d076eeaeaad1f33063.html.

（欄目編輯 ? ?王柏廬）