初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：慣性演示器--設(shè)計(jì)方案

1、 3/3初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：慣性演示器-設(shè)計(jì)方案 初中物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) 慣性演示器設(shè)計(jì)方案 一、概述 牛頓第一定律是物理學(xué)中非常重要的定律之一，它揭示了物體的一個(gè)重要性質(zhì)慣性，即一切物體在沒(méi)有受到力的作用時(shí)，總保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。該定律安排在人教版初中物理第十二章第五節(jié)進(jìn)行教學(xué)，是研究運(yùn)動(dòng)和力的基礎(chǔ)。在人類(lèi)社會(huì)生活和生產(chǎn)實(shí)踐中具有重要的指導(dǎo)作用?；仡櫸锢韺W(xué)發(fā)展史，從亞里斯多德的物理學(xué)問(wèn)世到現(xiàn)在已經(jīng)有約二千三百年的歷史，但是在牛頓第一定律未發(fā)現(xiàn)的前二千年中，物理學(xué)發(fā)展一直舉步維艱，原因是什么？原因是人們受到了亞里斯多德提出的力是物體運(yùn)動(dòng)原因的錯(cuò)誤理論的束縛。直到后來(lái)牛頓第一定律產(chǎn)生，人們對(duì)

2、物理學(xué)的研究才僅僅約三百年的時(shí)間，就有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，可見(jiàn)，這一定律有多么的重要。但是，在對(duì)這一定律的教學(xué)中，人們又無(wú)法設(shè)計(jì)一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)來(lái)直接驗(yàn)證，因?yàn)樵趯?shí)際中找不到不受力的物體。在這里,我根據(jù)牛頓第一定律，以鋼球?yàn)檠芯繉?duì)象，利用平衡力使小車(chē)連同所攜帶的鋼球產(chǎn)生近似勻速直線的運(yùn)動(dòng)，忽略空氣對(duì)前進(jìn)鋼球的阻力，運(yùn)用推理的方法對(duì)物體這一重要性質(zhì)“慣性”加以說(shuō)明。此實(shí)驗(yàn)還有好多方面有待完善，敬請(qǐng)各位同仁不吝賜教。 二、設(shè)計(jì)思路 該實(shí)驗(yàn)利用“慣性定律一切物體在不受力時(shí)，總保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。”進(jìn)行設(shè)計(jì)。重點(diǎn)說(shuō)明物體在不受力時(shí)保持其原來(lái)勻速直線運(yùn)動(dòng)的情況。實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓攜帶鋼球的小車(chē)產(chǎn)生近似勻速直線的運(yùn)

3、動(dòng)，當(dāng)鋼球脫離發(fā)射器后（如果忽略空氣對(duì)它的阻力，在水平方向上鋼球不受其它力的作用），從高處落下，恰巧落在了保持勻速直線運(yùn)動(dòng)小車(chē)的回收倉(cāng)里。這一事實(shí)說(shuō)明，原本做水平直線運(yùn)動(dòng)的鋼球不受力時(shí)，在其下落過(guò)程中始終保持在回收倉(cāng)的正上方隨小車(chē)一同繼續(xù)著原來(lái)水平方向的運(yùn)動(dòng)。 另外，順便對(duì)教材第46頁(yè)圖12.55演示靜止的裝置做了一點(diǎn)小小的改動(dòng)，即把其中的彈片改為彈簧，使得成功率提高了一些。 三、基本結(jié)構(gòu) 如圖1所示，該儀器主要由跑道、跑道調(diào)節(jié)器、小車(chē)、立桿、小車(chē)推動(dòng)器、彈道平臺(tái)、投彈器、鋼球、鋼球回收倉(cāng)和鋼球托片等構(gòu)成。 圖 1 四、主要用途及操作方法（見(jiàn)視頻） 1、演示慣性定律內(nèi)容之一：靜止的物體在不受力

4、時(shí)保持靜止。教材第46頁(yè)圖12.55演示靜止的裝置中，利用金屬?gòu)椘瑥楋w托片，盡管成功率是比較高的，但是，還是比較難把握，有時(shí)出現(xiàn)連同鋼球 彈飛的情況。該實(shí)驗(yàn)將金屬?gòu)椘臑閺椈?，使得成功率提高了一些。如圖 2所示 操作時(shí)，實(shí)驗(yàn)者只需將托片放在立桿上，用左手捏住托片的一角，然后將鋼球放到托片上（托片上有一小孔），右手水平拉伸彈簧，左手松開(kāi)，此時(shí)托片飛出，鋼球會(huì)落到立桿上。如圖 2所示 圖2 2、演示慣性定律內(nèi)容之二：做勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體在不受力時(shí)保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。（見(jiàn)圖3） 因?yàn)閷?shí)際中不受 力的物體是不存在的， 所以，慣性定律不能用 實(shí)驗(yàn)直接演示。但是， 我們可以通過(guò)物體慣 性表現(xiàn)出的現(xiàn)象加上

5、合理的推理來(lái)說(shuō)明慣性定律的真實(shí)性。該演示使小車(chē)受平衡力的作用產(chǎn)生近似勻速直線的運(yùn)動(dòng)，忽略空氣對(duì)鋼球的阻力，在合理的推理下間接說(shuō)明物體慣性的 圖3 存在。其中的推理是指：假如原來(lái)連同小車(chē)做水平勻速直線運(yùn)動(dòng)的鋼球投下的高度無(wú)限高，那么鋼球就始終回不到回收倉(cāng)，而回收倉(cāng)始終在鋼球的正下方做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以鋼球也就保持著原來(lái)水平方向上的勻速直線運(yùn)動(dòng)。 3、模擬飛機(jī)投彈（見(jiàn)圖3） 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明保持勻速直線運(yùn)動(dòng)的飛機(jī)投彈后，如果忽略空氣對(duì)炸彈的阻力，那么在炸彈落地的那一刻，飛機(jī)在炸彈的正上方。 4、演示平拋運(yùn)動(dòng)（見(jiàn)圖3） 鋼球離開(kāi)發(fā)射器做平拋運(yùn)動(dòng)。（注：如果給該儀器配上頻閃照相和坐標(biāo)背景，則可以用于定量研究平

6、拋運(yùn)動(dòng)。） 以上2、3、4項(xiàng)演示方法類(lèi)同，具體如下： 將儀器放在平臺(tái)上調(diào)節(jié)跑道調(diào)節(jié)器，使跑道上的小車(chē)輕輕推一下就能做近似勻速直線的運(yùn)動(dòng)使小車(chē)保持在跑道上，調(diào)節(jié)投彈器，直至讓鋼球從投彈器中投下正好落入回收倉(cāng)將小車(chē)置于小車(chē)推動(dòng)器處，使其緊靠導(dǎo)向靠板并擠壓彈簧將鋼球放入投彈器，并使彈道平臺(tái)水平松手放開(kāi)小車(chē)。 使用以上步驟，調(diào)整小車(chē)對(duì)小車(chē)推動(dòng)器上彈簧的壓縮程度產(chǎn)生不同的速度，換用高低不同的彈道平臺(tái)變化鋼球投下的高度，用來(lái)演示不同情況。 （如圖3所示另外見(jiàn)視頻，在視頻播放器上，點(diǎn)擊“截圖”使用滾動(dòng)條找到投彈的前一刻視頻，然后連續(xù)點(diǎn)擊“微調(diào)”，可以看到如圖3 的情景。次操作可用于視頻教學(xué)和定量研究平拋運(yùn)動(dòng)

7、。） 五、實(shí)驗(yàn)效果 1、設(shè)計(jì)符合科學(xué)原理，對(duì)慣性定律和飛機(jī)投彈過(guò)程有一定的說(shuō)明。如果將實(shí)驗(yàn)過(guò)程制成錄像進(jìn)行慢放或利用頻閃照相攝成照片，用在教學(xué)中效果更好。同時(shí)，這些錄像和照片也可以用于平拋運(yùn)動(dòng)的定量分析。 2、現(xiàn)象明顯，可視度高。 實(shí)驗(yàn)中，觀察者雖然看不清鋼球下落的過(guò)程，但是可以看到鋼球落入不停運(yùn)動(dòng)小車(chē)上的事實(shí)。如果要看清整個(gè)過(guò)程，可以通過(guò)頻閃照相或視頻中的慢放形式，看到如圖3的情景。 3、給學(xué)生以耳目一新、精妙、刺激的感覺(jué)，產(chǎn)生明顯的認(rèn)知沖突，造成深刻的影響，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 例如：實(shí)驗(yàn)一，在約60厘米高的鋼管上口處放一帶彈簧的小托片，再在托片上放上鋼球，拉伸彈簧，在放手的前一刻學(xué)生的心就繃的很緊。隨后放手，托片飛了，而鋼球卻穩(wěn)穩(wěn)的落到了鋼管口。實(shí)驗(yàn)二，小車(chē)在被彈出后，鋼球從高處落下，準(zhǔn)確落入小車(chē)上口徑比它大不多的小桶里。等等。 4、操作簡(jiǎn)便，安全可靠。 六、注意事項(xiàng) 1、在進(jìn)行試驗(yàn)一時(shí)，應(yīng)給小車(chē)下墊上棉布防止小車(chē)滑動(dòng)，釋放托片時(shí)要平穩(wěn)。 2、在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)二時(shí)，應(yīng)將跑道放在水平桌面上，首先調(diào)整跑道調(diào)節(jié)器，