邢華斌　王曉燕

【摘 要】物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，但在實(shí)際教學(xué)學(xué)中，現(xiàn)有教學(xué)儀器不可能都能滿足教學(xué)的需求，或存在不足之處，這就需要廣大物理教師根據(jù)自己的教學(xué)思想開(kāi)發(fā)、自制實(shí)驗(yàn)儀器，彌補(bǔ)現(xiàn)有教具的不足。本文就《滑輪》章節(jié)的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行整合，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行了大膽創(chuàng)新、改進(jìn)，制作了教具《滑輪組類實(shí)驗(yàn)演示器》，并詳細(xì)說(shuō)明了該實(shí)驗(yàn)儀器的制作背景、制作材料、使用方法、教學(xué)意義和價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】自制教具；改進(jìn)；滑輪；滑輪組；演示器

加強(qiáng)初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，但學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材的配備往往不能滿足教學(xué)的需要， 我們通過(guò)自制教具（或?qū)W具）可以大大改善這一現(xiàn)狀，并能夠較大程度地根據(jù)教師的教學(xué)思想開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)儀器。筆者在多年的教學(xué)實(shí)踐中，對(duì)滑輪組類實(shí)驗(yàn)通過(guò)不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新，自制了《滑輪組類實(shí)驗(yàn)演示器》，用于優(yōu)化《滑輪》章節(jié)的演示實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，在培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神等方面取得了很好的效果?，F(xiàn)就《滑輪組類實(shí)驗(yàn)演示器》的制作與改進(jìn)辦法與大家分享如下：

1 《滑輪組類實(shí)驗(yàn)演示器》的制作背景

初中物理“滑輪”章節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有三大問(wèn)題一致困擾著筆者：

1）無(wú)論教師做演示實(shí)驗(yàn)，還是學(xué)生做分組實(shí)驗(yàn)，都需要用刻度尺進(jìn)行多次測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)，花時(shí)較多，測(cè)量誤差較大。特別是在測(cè)量滑輪組繩子自由端移動(dòng)距離時(shí)，用刻度尺不易測(cè)量。

2）測(cè)繩子自由端的拉力時(shí)，實(shí)驗(yàn)要求勻速提升物體，但用手提升重物，很難做到勻速，而按照實(shí)驗(yàn)要求，還要給學(xué)生說(shuō)成是“勻速提升物體”，理論與實(shí)際不一致，不利于在課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中演示。

3）測(cè)繩子自由端距離和《測(cè)滑輪組的機(jī)械效率》的實(shí)驗(yàn)中，教師演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生做分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要站在凳子上提升重物來(lái)測(cè)量繩子自由端移動(dòng)的距離，給實(shí)驗(yàn)增加了難度。

為有效解決上述3大問(wèn)題，筆者在日常的教育教學(xué)及教研活動(dòng)中，不斷思考、探索，如何制作和改進(jìn)《滑輪》章節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器，使實(shí)驗(yàn)更方便、直觀、靈活，易于學(xué)生接受，方便教師講評(píng)、演示。

2 教具的教學(xué)意義和價(jià)值

自制的《滑輪組類實(shí)驗(yàn)演示器》用于初中物理《滑輪》章節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，起到了很好的教學(xué)效果：

2.1 本教具利用演示板上的方格紙成功地解決了物體被提升時(shí)移動(dòng)的距離和繩子自由端移動(dòng)的距離測(cè)量問(wèn)題

將坐標(biāo)紙貼在木質(zhì)框架上代替刻度尺，教師做演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生做分組實(shí)驗(yàn)時(shí)不必像原裝置那樣測(cè)量了鉤碼的初位置后，移動(dòng)刻度尺去測(cè)量彈簧測(cè)力計(jì)的初位置，鉤碼提升一定高度后，再次測(cè)量鉤碼和彈簧測(cè)力計(jì)的末位置?，F(xiàn)在，教師和學(xué)生可以直接通過(guò)坐標(biāo)紙看出各自移動(dòng)的距離，避免了彈簧測(cè)力計(jì)因用手提造成的各位置測(cè)量值不準(zhǔn)，便于s=nh關(guān)系的得出（s指繩子自由端移動(dòng)的距離，n指繩子根數(shù)，h指重物移動(dòng)的高度）。

2.2 本教具利用微型齒輪電機(jī)能夠勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的原理有效解決了勻速提升重物的問(wèn)題

滑輪組類實(shí)驗(yàn)要球求勻速向上拉彈簧測(cè)力計(jì)，用原裝置操作時(shí)很難控制勻速向上拉升，通過(guò)幾年的不斷探索和創(chuàng)新，我們成功地用直流電壓為6V，每分鐘空載轉(zhuǎn)速為60RPM的微型齒輪電機(jī)勻速拉升鉤碼，在教學(xué)中解決了無(wú)法用滑輪及滑輪組將鉤碼勻速提升的困惑。

2.3 本教具利用齒輪電機(jī)的長(zhǎng)柄有效解決了繩子自由端移動(dòng)距離過(guò)大的問(wèn)題

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將繩子繞在齒輪電機(jī)的螺紋絲桿上，教師做演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生做分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，不用再站在凳子上或桌子上用手去提繩子的自由端，也避免了繩子的自由端移動(dòng)的距離較大難以測(cè)量的困惑，有效解決了用原裝置做多段繩子承擔(dān)物重的實(shí)驗(yàn)時(shí)因自由端移動(dòng)的距離較大，學(xué)生不得不站在凳子上或桌子上拉升物體的困惑。

2.4 本教具解放了師生的雙手，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間

用原教具做實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生一手拉彈簧測(cè)力計(jì)，一手用刻度尺測(cè)量。教師演示時(shí)，每做完一步后講評(píng)時(shí)，要把整個(gè)裝置放下；做下一步時(shí)又要重新裝配，浪費(fèi)了大量實(shí)驗(yàn)時(shí)間，造成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)時(shí)間不夠。而本自制教具只需要用手撥動(dòng)雙控開(kāi)關(guān)即可，其他物理量直接可以從圖中看出來(lái)，解放了師生雙手、縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

3 教具裝置圖

4 特點(diǎn)及用途

4.1 特點(diǎn)

本教具利用方格紙代替刻度尺，便于直接讀取重物移動(dòng)的距離h和繩子自由端移動(dòng)的距離s；采用帶齒輪的電機(jī)提供拉力，能夠勻速拉升物體，并能通過(guò)繩子自由端彈簧測(cè)力計(jì)直接讀出拉力的大小；繩子的自由端纏繞在電機(jī)的螺紋長(zhǎng)柄上，縮短了實(shí)驗(yàn)的豎直高度；同時(shí)解放了師生的雙手，縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論更為科學(xué)、合理。

4.2 用途

本教具可滿足初中物理“滑輪”章節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，不但可以讓學(xué)生認(rèn)識(shí)滑輪，了解滑輪及滑輪組的特點(diǎn)，而且可以用做教師演示、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)以得出“使用定滑輪不省力，但能改變力的方向”；“使用動(dòng)滑輪能省一半的力，但不能改變力的方向”；“使用滑輪組既能省力，又能改變力的方向”等結(jié)論。同時(shí)，還能完成《測(cè)滑輪組的機(jī)械效率》的實(shí)驗(yàn)操作，通過(guò)演示得出滑輪組的機(jī)械效率及影響滑輪組機(jī)械效率高低的因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

5 制作材料

大小為400mm×600mm、厚為20的木板一塊，截面為20mm×25mm、長(zhǎng)為40mm、60mm的木條各兩根，方格紙一張、四節(jié)五號(hào)電池盒2個(gè)，五號(hào)電池8節(jié)，微型雙控開(kāi)關(guān)4個(gè)，微型正反轉(zhuǎn)齒輪電機(jī)4個(gè)，調(diào)平按鈕4個(gè)，鉤碼4個(gè)，彈簧測(cè)力計(jì)2支，細(xì)繩，滑輪及滑輪組，螺桿、螺帽，圖釘、膠帶紙、粘貼紙等。

6 制作方法

6.1 截取大小為400mm×600mm、厚為20 mm的木板一塊，用木條將四周加厚；根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸在合理的位置開(kāi)孔，使其大小與電機(jī)、開(kāi)關(guān)截面一致，用于固定電機(jī)、開(kāi)關(guān)；將制作成的木質(zhì)框料用粘貼紙美化。

6.2 如圖2所示，將電機(jī)、開(kāi)關(guān)、電池盒、螺桿安裝到相應(yīng)的位置，并用螺絲、塑料底座固定好后，連接電路，使定滑輪、動(dòng)滑輪、滑輪組各控制電機(jī)能夠正轉(zhuǎn)、停止、反轉(zhuǎn)。

6.3 如圖3所示，在各演示區(qū)通過(guò)實(shí)際操作，根據(jù)測(cè)量需求將方格紙貼在各操作區(qū)且標(biāo)明刻度；將調(diào)平按鈕安裝在支架座上后安裝支架。

7 使用方法

7.1 將本教具放置在水平桌面上，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查整個(gè)裝置是否前后豎直，若不豎直，通過(guò)底座上的調(diào)平按鈕進(jìn)行調(diào)整。

7.2 在定滑輪實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，將定滑輪固定在螺桿上，按照?qǐng)D示組裝滑輪，繩子自由端固定在電機(jī)螺紋轉(zhuǎn)軸上，看清物體和繩子自由端的位置（細(xì)繩上有一用白色細(xì)線打的結(jié)，可以移動(dòng)，方便讀數(shù)及固定彈簧測(cè)力計(jì)），然后將定滑輪控制開(kāi)關(guān)S1撥到左端，電機(jī)開(kāi)始通過(guò)定滑輪拉動(dòng)物體，一段距離后將開(kāi)關(guān)S1撥到中間，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，從坐標(biāo)紙上得出各自移動(dòng)的距離（可以通過(guò)前期調(diào)節(jié)，使其都能達(dá)到整刻度）得出拉力的方向及h與s的關(guān)系（如圖4定滑輪演示區(qū)）；將開(kāi)關(guān)S1撥到右端，使物體回復(fù)原來(lái)的位置后，將彈簧測(cè)力計(jì)的上下鉤固定在細(xì)線的結(jié)處，開(kāi)關(guān)S1撥到左端，電機(jī)勻速拉動(dòng)物體，彈簧測(cè)力計(jì)顯示出拉力的大小F拉，然后測(cè)出重物的重力G物，彈簧測(cè)力計(jì)的重力G彈，分析得出G物、F拉、G彈之間的關(guān)系（如圖5）。

7.3 在動(dòng)滑輪實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，按照?qǐng)D示安裝后，操作同2，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出拉力的方向及h與s的關(guān)系（如圖4動(dòng)滑輪演示區(qū)）；G物、F拉、G滑之間的關(guān)系（連接方法同圖5）。

7.4 在滑輪組實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，先讓學(xué)生通過(guò)該區(qū)域，任意組裝滑輪組，學(xué)會(huì)繩子鏈接滑輪組的方法，并通過(guò)起始端分別在動(dòng)滑輪和定滑輪時(shí)承擔(dān)重物繩子的根數(shù)n的特點(diǎn)；然后按照?qǐng)D示安裝，操作同2，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出拉力的方向及h與s的關(guān)系（如圖4滑輪組演示區(qū)），以及G物、F拉、G滑、n之間的關(guān)系（連接方法同圖5）。

7.5 在方法4的基礎(chǔ)上，測(cè)出滑輪組的機(jī)械效率；分別增加動(dòng)滑輪G滑的大小，得出G滑大小與機(jī)械效率η的關(guān)系；增加被拉物重G物的大小，得出G物大小與機(jī)械效率η的關(guān)系，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究滑輪組的機(jī)械效率η與h和s是否有關(guān)（實(shí)驗(yàn)組裝如圖4的滑輪組演示區(qū)。）

[責(zé)任編輯：王偉平]