孔興隆

1自制物理教具，落實(shí)學(xué)生對(duì)“力的作用是相互的”活動(dòng)經(jīng)歷

1.1演示一對(duì)電磁力的作用是相互的實(shí)驗(yàn)

如圖1所示，將2個(gè)磁性極強(qiáng)的釹鐵硼磁鐵分別固定在2輛相同的小車(chē)上，讓磁鐵同性相對(duì)，把兩小車(chē)放置在水平桌面并擺放在一條直線上。用雙手分別拿著2輛小車(chē)并用力使兩車(chē)靠近，然后同時(shí)松開(kāi)雙手，可觀察到由于電磁斥力作用兩車(chē)同時(shí)向相反的方向運(yùn)動(dòng)。調(diào)換其中任意1個(gè)磁鐵的磁極，讓兩磁鐵異性相對(duì)，由于電磁引力的作用兩車(chē)相互靠就。不難得出，一對(duì)電磁力間的作用是相互的。

1.2演示一對(duì)摩擦力的作用是相互的實(shí)驗(yàn)

如圖2所示，在平滑的水平桌面上放5～6根相同的空心玻璃管（長(zhǎng)約30cm，直徑約2cm），使玻璃管并排攤開(kāi)，每相鄰兩管間距大致相等（以5cm為宜），管的上方放置1張大小合適的輕質(zhì)泡沫板（長(zhǎng)約40cm，寬約20cm）。準(zhǔn)備1輛四輪驅(qū)動(dòng)的玩具小車(chē)（內(nèi)置2節(jié)干電池），合上玩具小車(chē)的開(kāi)關(guān)，使小車(chē)四輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，輕輕放在已鋪好的泡沫板上。觀察到玩具小車(chē)向前運(yùn)動(dòng)，而泡沫板向后飛出。根據(jù)這一現(xiàn)象，教師可先讓學(xué)生討論原因，再引導(dǎo)學(xué)生分析產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因是由于摩擦力的相互作用。由此得出，物體間摩擦力的作用是相互的。

1.3讓學(xué)生感受或體驗(yàn)力的作用是相互的幾個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)

教師在課堂教學(xué)中讓學(xué)生親身感受或體驗(yàn)一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，可收到良好的教學(xué)效果。如讓學(xué)生用手掌輕壓在桌面上并做前推的動(dòng)作，然后再用較大的力壓在桌面上并使勁地前推，談?wù)劯惺苡泻尾煌?。再如課前準(zhǔn)備2輛滑板車(chē)并排放在地面上，邀請(qǐng)2位學(xué)生（甲、乙）站在滑板車(chē)上當(dāng)眾表演。當(dāng)甲拉乙時(shí)，兩車(chē)同時(shí)向相反的方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)甲推乙時(shí)，兩車(chē)也同時(shí)向相反的方向運(yùn)動(dòng)，讓學(xué)生解釋理由。這些小實(shí)驗(yàn)雖看似簡(jiǎn)單，當(dāng)學(xué)生有過(guò)親身感受和體驗(yàn)之后，不但有利于學(xué)生充分理解和掌握所學(xué)知識(shí)，還可以調(diào)節(jié)課堂氣氛。

2自制物理教具，落實(shí)學(xué)生“定量探究作用力與反作用力大小關(guān)系的活動(dòng)經(jīng)歷

2.1演示一對(duì)相互作用的電磁力的大小和方向關(guān)系

儀器實(shí)物照片如圖3所示。豎直放置的木支架上，上下固定著在同一直線上的2只圓盤(pán)測(cè)力計(jì)，測(cè)力計(jì)的相對(duì)端，安裝著2個(gè)磁性極強(qiáng)的釹鐵硼磁鐵（同磁極相對(duì)，形成斥力）。安裝好裝置后，盡管上下2只秤都受到重力和斥力作用，為了突出實(shí)驗(yàn)效果，可先將2只測(cè)力計(jì)進(jìn)行調(diào)零，再用手分別壓兩只彈簧秤，可看到秤的指針都發(fā)生偏轉(zhuǎn)，讓學(xué)生明白此時(shí)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)便是手對(duì)它的壓力。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，松開(kāi)上面一只測(cè)力計(jì)后側(cè)的固定螺絲，將兩秤距離逐漸靠近，上下兩秤受到的壓力逐漸增大，指針可顯示壓力大小。觀察發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)中兩秤的讀數(shù)總是相等的。

調(diào)整其中1個(gè)磁鐵磁體的極性，把斥力變?yōu)橐?，也能以同樣的方式演示兩引力總是相等的現(xiàn)象。還可以把本裝置中兩秤的豎直放置狀態(tài)，改成水平放置狀態(tài)，以同樣的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)驗(yàn)最突出的優(yōu)點(diǎn)是相互作用力為非接觸力，而且力的大小可隨意變化、隨時(shí)讀取，學(xué)生更容易理解兩力是同時(shí)存在的，也更容易觀察到力的大小的變化關(guān)系，能很好地探索或驗(yàn)證牛頓第三定律中作用力和反作用力總是相等的結(jié)論。

2.2演示一對(duì)相互作用的摩擦力的大小和方向關(guān)系

儀器結(jié)構(gòu)如圖4所示。把1輛上表面粗糙的平板小車(chē)放置于水平玻璃板上，平板小車(chē)的一端通過(guò)一個(gè)定滑輪，與左側(cè)測(cè)力計(jì)連接。在平板小車(chē)的上面，放一輛可遙控的玩具坦克，坦克的一端通過(guò)另一個(gè)定滑輪，與右側(cè)測(cè)力計(jì)連接。

忽略地面對(duì)平板小車(chē)的摩擦力，在其處于平衡狀態(tài)時(shí)，則左側(cè)彈簧秤的讀數(shù)等于坦克對(duì)平板小車(chē)的摩擦力，右側(cè)彈簧秤的讀數(shù)等于平板小車(chē)對(duì)坦克的摩擦力。當(dāng)兩者相對(duì)靜止時(shí)（坦克開(kāi)動(dòng)后停下），其摩擦力為靜摩擦力，當(dāng)坦克開(kāi)動(dòng)到一定距離，其輪子在小車(chē)上面打滑時(shí)，其摩擦力為滑動(dòng)摩擦力。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，先合上玩具坦克底部的電源開(kāi)關(guān)，再利用遙控器的進(jìn)、退按鍵便可控制玩具坦克的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)坦克開(kāi)動(dòng)時(shí)，平板小車(chē)同時(shí)向相反的方向后退，表明這一對(duì)作用力與反作用力的方向相反。由于玻璃板對(duì)平板小車(chē)的摩擦力很小，可近似認(rèn)為平板小車(chē)置于非常光滑的水平面上，車(chē)輪與軸承的阻力很小，兩定滑輪的阻力很小。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)坦克向前開(kāi)一點(diǎn)，平板小車(chē)則向后退一點(diǎn)，不論坦克在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中或停下來(lái)時(shí)兩彈簧秤的讀數(shù)總是基本相等（本實(shí)驗(yàn)的絕對(duì)誤差不超過(guò)0.1N，相對(duì)誤差不超過(guò)3.5%），從而表明這一對(duì)靜摩擦力總是大小相等方向相反的。

當(dāng)坦克一直開(kāi)著，兩者沿相反方向后退到一定程度時(shí)，坦克不再前進(jìn)，輪子在平板小車(chē)上打滑。此時(shí)兩秤的讀數(shù)顯示的是它們之間的滑動(dòng)摩擦力。還可以在玩具坦克上增加砝碼，以改變摩擦力的大小，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3自制物理教具，落實(shí)學(xué)生對(duì)“相互作用力關(guān)系”的活動(dòng)經(jīng)歷

牛頓第三定律所闡明的作用力和反作用力的關(guān)系不僅與力的性質(zhì)無(wú)關(guān)，也與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和參考系的選擇無(wú)關(guān)。但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)手段一般只能演示靜止時(shí)作用力和反作用力間的大小、方向關(guān)系，卻很難研究物體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下特別是物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)相互作用力的大小、方向關(guān)系。采用力傳感器演示運(yùn)動(dòng)物體間一對(duì)相互作用力大小、方向關(guān)系可解決上述的難題。力傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)作圖功能，它能以圖像的表達(dá)方式呈現(xiàn)相關(guān)物理量的動(dòng)態(tài)變化，增進(jìn)學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的理解。

為了更好地發(fā)揮傳感器的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，提高教學(xué)的有效性，教師可按照以下步驟進(jìn)行演示：先用手對(duì)其中一只傳感器以不同大小的力做拉、推動(dòng)作，計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出一條連續(xù)的、瞬時(shí)變化的曲線（見(jiàn)圖5曲線a）。再用同樣的方法對(duì)另一只施加力，可顯示另一條曲線（見(jiàn)圖5曲線b），讓學(xué)生初步觀察力實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并引導(dǎo)學(xué)生分析這2條曲線的意義。然后讓兩傳感器的鉤子對(duì)拉，分別研究不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下（靜止、勻速直線運(yùn)動(dòng)、加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、波形軌跡、一般曲線運(yùn)動(dòng)等各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）兩傳感器的受力大小方向隨時(shí)間變化的關(guān)系，可得到類(lèi)似于圖5所示的2條曲線。實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)論物體處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這一對(duì)力在任何時(shí)刻總是大小相等、方向相反的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠從數(shù)值上直觀感受此結(jié)論。

學(xué)生體驗(yàn)了足夠的活動(dòng)經(jīng)歷，有利于“見(jiàn)物思理”，獲取核心知識(shí)和基本技能，提升思維品質(zhì)和創(chuàng)新能力。教師盡可能地自制物理教具，通過(guò)多側(cè)面、多層次的實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生去糾正錯(cuò)誤，豐富學(xué)生的活動(dòng)經(jīng)歷，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的全貌。