張依才

(濟(jì)寧市第一中學(xué)，山東 濟(jì)寧 272000)

目前我們的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，對慣性定律演示儀器的研究尚未完全突破.換言之，也就是對動(dòng)態(tài)物體慣性的演示儀器的研究至今進(jìn)展甚微.因此，教師在講授動(dòng)態(tài)物體慣性時(shí)，不能結(jié)合儀器，采取邊演邊教的授課方式使學(xué)生獲得生動(dòng)的感性認(rèn)識，以致學(xué)生對動(dòng)態(tài)物體慣性的概念也就得不到充分的理解.為此，筆者認(rèn)真研究了現(xiàn)有的慣性演示儀器，在理解現(xiàn)有儀器的原理的基礎(chǔ)上，嘗試進(jìn)行了慣性定律演示器的改進(jìn)研究.

1 現(xiàn)有教具裝置圖(見圖1所示)

圖1

這類儀器是常用的慣性演示器，當(dāng)左側(cè)彈片把鋼片彈出，而小球會落入圓筒中，生動(dòng)地說明了靜止的小球具有保持原來靜止的性質(zhì)，它的優(yōu)點(diǎn)是方便直觀，容易操作.缺點(diǎn)是只能演示靜止物體的慣性，無法演示運(yùn)動(dòng)物體保持原來速度的特性.

運(yùn)動(dòng)中物體的慣性，我們往往通過汽車上乘客停車時(shí)向前的傾倒，鏟子往爐膛送煤等生活實(shí)例來說明.但不好在課堂上再現(xiàn)和演示，不利于沒生活經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生獲得感性認(rèn)識.如何設(shè)計(jì)一種新型演示儀器，分別演示運(yùn)動(dòng)狀態(tài)物體的慣性和靜止?fàn)顟B(tài)物體的慣性，筆者嘗試把現(xiàn)有演示器放到小車上，使其運(yùn)動(dòng)起來，進(jìn)而演示運(yùn)動(dòng)中物體的慣性.

2 改進(jìn)型慣性演示器(見圖2所示)

圖2

2.1 儀器說明

結(jié)合圖2進(jìn)一步說明，在一輪式車1上垂直安裝彈性片2，在彈性片2相鄰的一側(cè)安裝半徑略大于鋼球3半徑的容器5，與容器5相鄰的另一側(cè)安裝半徑略大于鋼球3半徑的容器7.容器5內(nèi)安裝彈性裝置6，容器7內(nèi)安裝彈性裝置6，在墊板4中心設(shè)置小孔8，可以防止鋼球隨意滾動(dòng).輪式車1前端設(shè)置掛鉤9，以便牽引車運(yùn)動(dòng).容器5、7為透明容器，便于觀察鋼球的運(yùn)動(dòng).

2.2 本儀器的功能

通過將彈性片、容器設(shè)置在輪式車上，不但能演示靜止?fàn)顟B(tài)下，物體的慣性特征，當(dāng)車運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以演示物體運(yùn)動(dòng)的慣性特征.通過在容器中增加彈性裝置，又增加了兩種不同演示的方法，更加生動(dòng)的演示在不同狀態(tài)下物體的慣性.

2.3 使用方法

(1)靜止物體慣性的演示.把輪式車1固定在水平桌面上，彈性片2彈擊墊板4，板4上的鋼球3落入容器5中;當(dāng)容器5中安裝彈性裝置6后，鋼球3落入容器5后，將反復(fù)彈跳最終落入容器5中.落入容器5說明了小球具有保持原來靜止的性質(zhì)，在容器5中彈簧的作用下反復(fù)跳躍但仍然落入容器5，說明水平速度始終保持為零.再次說明小球具有保持原來水平方向靜止的性質(zhì).這實(shí)際上拓展了現(xiàn)有儀器靜態(tài)物體慣性的演示.

(2)運(yùn)動(dòng)物體慣性的演示1.讓彈片彎曲，并用細(xì)線栓系在輪式車1上.并把小車放在一端固定有定滑輪的長木板上，在適當(dāng)懸掛物的牽引下勻速運(yùn)動(dòng).燒斷細(xì)繩，彈性片2彈擊墊板4，板4上的鋼球3落入容器5中;當(dāng)容器5中安裝彈性裝置6后，鋼球3落入容器5后，將反復(fù)彈跳最終落入容器5中.說明小球具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)的速度的性質(zhì).

(3)運(yùn)動(dòng)物體慣性的演示2.輪式車1在勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，遇到物體阻擋時(shí).墊板4上的鋼球3落入容器7中;當(dāng)容器7中安裝彈性裝置6后，鋼球3先是落入容器7中，隨后又被彈出，由于小車減速，而小球又由于慣性的作用，保持原來的速度，最終落到容器7外.再一次生動(dòng)地演示了小球具有保持原來勻速直線運(yùn)動(dòng)的性質(zhì).對于動(dòng)態(tài)物體的慣性演示，該儀器實(shí)際上也提供了兩種不同的演示模式.

該慣性演示儀實(shí)現(xiàn)了用同一裝置演示不同狀態(tài)時(shí)物體的慣性特征，達(dá)到了生動(dòng)的效果.