崔愛(ài)玉

(南京第十三中學(xué)　江蘇 南京　210008)

1　對(duì)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)描述時(shí)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.1　傳統(tǒng)教學(xué)中描述曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的方法

課堂的引入是先給出如圖1的幾組圖片.教師提出汽車(chē)轉(zhuǎn)彎，運(yùn)動(dòng)員騎車(chē)比賽、秒表的轉(zhuǎn)動(dòng)，這些圖片有什么共性呢？學(xué)生很自然回答各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡都是曲線(xiàn)．并提出了曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的概念，運(yùn)動(dòng)軌跡是曲線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．

這種課堂引入比較單一，不夠激發(fā)學(xué)生興趣．

圖1　課堂引入圖片

還有教師采用飛鏢的游戲引入曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，但是飛鏢運(yùn)動(dòng)太快，學(xué)生更多關(guān)注中了幾環(huán)，還很少關(guān)注飛鏢的軌跡．

1.2　馬格努斯滑翔機(jī)的設(shè)計(jì)及教學(xué)

筆者采用馬格努斯滑翔機(jī)引入課題，在課堂上引起了轟動(dòng)，學(xué)生在觀察滑翔機(jī)飛翔時(shí)，不僅觀察運(yùn)動(dòng)軌跡，還在思考為何能運(yùn)動(dòng)．雖然滑翔機(jī)為何能運(yùn)動(dòng)不是本節(jié)課的重點(diǎn)，重點(diǎn)就觀察運(yùn)動(dòng)軌跡．這已經(jīng)極大勾起學(xué)生學(xué)習(xí)曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的熱情．

制作馬格努斯滑翔機(jī)的器材有：5個(gè)橡皮筋，兩個(gè)一次性杯子，寬的透明膠帶．

方法：把5根橡皮筋連成如圖2所示的長(zhǎng)橡皮筋，用透明膠帶把兩個(gè)紙杯的底端相連．然后用拇指按住橡皮筋的一端，把橡皮筋繞在兩個(gè)杯子中間，就是膠帶繞的地方，皮筋適度拉緊，橡皮筋不能把杯子箍壞了，接著 左手拇指仍然按住皮筋的一端，右手拇指拉著皮筋的另一端．松開(kāi)左手的話(huà)，在皮筋彈力的作用下，杯子就會(huì)向前彈射出去，因?yàn)槠そ钜婚_(kāi)始是繞在杯子上面的，所以杯子向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還會(huì)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)．具體步驟參考圖2.

圖2　制作馬格努斯滑翔機(jī)

2　對(duì)探究曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)條件的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1　傳統(tǒng)探究曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及評(píng)析

如圖3所示，水平桌面上擺著一條彎曲的軌道它是由幾段稍短弧形軌道組合而成的．通過(guò)壓縮彈簧或者斜面，使鋼球由軌道的C端滾入，在軌道的約束下做曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．在軌道的下面放上一張白紙，蘸著墨水的鋼球從出口A離開(kāi)軌道后在白紙上留下一條運(yùn)動(dòng)的痕跡， 它記錄了鋼球在A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方向． 拆去一段軌道，將鋼球的軌道出口改在B． 用同樣的方法可以記錄鋼球在軌道B點(diǎn)的方向． 通過(guò)尋找白紙上的墨跡與軌道(曲線(xiàn))的關(guān)系， 從而得到“質(zhì)點(diǎn)在某一點(diǎn)的速度，沿曲線(xiàn)在這一點(diǎn)的 切線(xiàn)方向”的結(jié)論．

圖3

實(shí)驗(yàn)的缺陷是蘸著墨水的鋼珠很快墨水就沒(méi)有了，鋼珠滾出管子時(shí)候，滾到白紙上沒(méi)有痕跡，包括鋼珠在軌道內(nèi)的軌跡也不清晰．

2.2　常規(guī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)及分析

很多教師在上課時(shí)候，采用墨水滴在轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺上，觀察紙上的墨水痕跡．有很多教師用圓心有洞的圓形硬紙板做底板，目的是讓陀螺在同一個(gè)點(diǎn)上轉(zhuǎn)動(dòng)，待陀螺平穩(wěn)后，在其邊緣處滴紅墨水．

如圖4所示，圓的切線(xiàn)和墨水飛出的軌跡基本重合． 這一實(shí)驗(yàn)說(shuō)明， 圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向與沿該點(diǎn)的切線(xiàn)方向一致．

圖4　將墨水滴在轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺上

實(shí)驗(yàn)的缺陷是墨水從陀螺的邊緣甩出，陀螺有一定高度，墨水做平拋運(yùn)動(dòng)落在白紙上，直接講白紙上墨水的痕跡就是圓周運(yùn)動(dòng)的某點(diǎn)的速度方向結(jié)論沒(méi)有問(wèn)題，但是涉及到平拋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沿水平方向運(yùn)動(dòng)的分速度大小方向是不變的，這個(gè)知識(shí)點(diǎn)學(xué)生還沒(méi)有學(xué)到．也就是說(shuō)教學(xué)中不能用后概念來(lái)分析前概念的現(xiàn)象．

2.3　改良陀螺創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析

筆者由陀螺實(shí)驗(yàn)想到了用轉(zhuǎn)動(dòng)的光盤(pán)來(lái)代替陀螺，這樣墨水被甩出時(shí)候直接灑到白紙上，減少了做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟如下：

(1)準(zhǔn)備材料.方形的透明有機(jī)玻璃，小型電動(dòng)機(jī)，導(dǎo)線(xiàn)2根，干電池2節(jié)，膠帶1卷，相同大小橡皮塞4個(gè)，小號(hào)橡皮塞1個(gè)，白紙若干，萬(wàn)能膠，鉆孔機(jī)，光盤(pán)，針管，紅墨水；

(2)做底座．在方形有機(jī)玻璃下方4個(gè)腳用萬(wàn)能膠粘連4個(gè)大小相同橡皮塞；

(3)粘連電動(dòng)機(jī)．在有機(jī)玻璃的中間鉆個(gè)小孔，把電動(dòng)機(jī)的鉆頭從玻璃中間露出一點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)本身固定在有機(jī)玻璃下方；

(4)固定光盤(pán)．用小號(hào)橡皮塞中心鉆孔，塞在光盤(pán)中間，再固定到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)頭上；

(5)連接電源，判斷光盤(pán)是否轉(zhuǎn)動(dòng)；

(6)在光盤(pán)和有機(jī)玻璃之間放一張白紙，在白紙上畫(huà)下光盤(pán)的圓；

(7)滴紅墨水，接通電源，觀察紅墨水被甩出光盤(pán)的軌跡．具體步驟如圖5所示.

(a)

(b)

(c)

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)?zāi)茉诠獗P(pán)的邊緣沿著切線(xiàn)方向畫(huà)，我們發(fā)現(xiàn)總能和紅墨水的軌跡重合．紅墨水離開(kāi)光盤(pán)的瞬間滴到白紙上，減少了做平拋運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，分析曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)某點(diǎn)速度方向，可以很明顯由實(shí)驗(yàn)得到沿著曲線(xiàn)在這點(diǎn)的切線(xiàn)方向的結(jié)論．

3　改進(jìn)評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)后，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的成功率大幅度提高，比起以前的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不僅直觀，而且更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．實(shí)驗(yàn)所用的材料也是比較生活中比較常用的材料，提高了實(shí)驗(yàn)的可行性．特別是探究曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)某點(diǎn)的速度方向的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)新穎，操作方便，便于理解觀察研究．