積木式重心實驗探究

有關重心的實驗包括重心的認識、物體重心位置與形狀和質量分布有關、均勻規則形狀物體重心在其幾何中心、懸掛法測重心和物體重心不一定在物體上等。一般實驗演示需要很多器材，如許多形狀規則和不規則的物體，質量分布不同的物體。以下是運用搭積木思想，利用極簡單的材料，通過一物多用來高效完成有關重心概念的系列實驗探究，體現了“低成本、高智慧”的實驗思想。

1 實驗材料

密度相差較大的兩種小木塊（如杉木與雜木）若干，規格均為1×2.5×2.5cm；雙面膠（常用的文具用品）；細線；小重錘。

2 實驗探究

2.1 重心的認識，重心位置的演示

（1）取同種小木塊，用雙面膠將其粘連成一長直木條子。如圖1所示。

（2）在長木條的中點O用細線將木條子懸掛起來，木條呈水平。

（3）每塊小木塊均受到重力作用，從效果上看，就好像各部分重力都集中到O點，O點即為木條子的重心。

2.2 均勻形狀規則的物體重心在其幾何中心

（1）用雙面膠將同種小木塊粘拼成長方形、正方形木板，如圖2所示。

（2）用直尺畫出木板的兩條對角線，其交點標注O，即為木板的幾何中心。

（3）用雙面膠將細線一端固定在O點，另一端提起，將木板懸掛起來。木板呈水平狀。O點就是木板的重心。

2.3 懸掛法測重心，質量分布均勻物體重心位置與形狀有關

（1）用雙面膠將同種小木塊粘拼成一個一般形狀的木板，如圖3所示。

（2）用雙面膠將細線一端固定在A點，另一端系一小重錘。從細線中間提起，把木板懸掛起來，過A點懸掛重錘的細線AB就是垂線（木板邊緣有雙面膠，可將細線粘在其上，去掉重錘即可）。

（3）再另選一處D，用相同方法把木板懸掛起來，記錄過D點的豎直細線DE。

（4）細線AB和DE的交點C，就是薄木板的重心。可通過C點懸掛木板，木板呈水平來證明。

（3）在使用相同小木塊的前提下，僅改變粘拼成的木板形狀，如將圖3中用陰影表示的兩小木塊移到虛線表示的位置，重復上述步驟確定薄木板的重心位置，計為C′。

（4）顯然，C與C′位置不重合，說明物體重心位置與形狀有關。可以任意改變薄木板的形狀多做幾次。

2.4 物體重心位置與質量分布有關

（1）用形狀相同但密度相差懸殊的小木塊，更換上述研究質量分布均勻物體重心位置與形狀有關實驗中粘拼成的薄木板中的某一塊，保持粘拼成的木板形狀不變。

（2）用懸掛法再確定該薄木板的重心位置，并與以前的位置比較，木板重心位置發生變化。

（3）同樣，再更換密度不同的一塊或幾塊小木塊，木板的重心位置隨之不斷變化。

2.5 物體重心不一定在物體上

（1）將小木塊粘拼成直角形狀的薄木板。

（2）在薄木板上再粘貼在一張大小相當的白紙，以記錄懸掛時懸線的延長線位置。如圖4所示。白紙的質量遠小于研究木板的質量，可忽略不計。

（3）用懸掛法確定帶白紙木板的重心位置，方法同前。兩次懸掛時豎直線的交點，即木板重心位置顯然沒有落在木板上。

3 本系列實驗的特點

這是一個“低成本、高智慧”的實驗。低成本是實驗接近學生生活實際，器材簡單，取材容易。該系列實驗能讓學生通過自己動手做來感受物理、學習物理，體現“做中學”的教學觀念。高智慧主要體現在：

（1）實驗設計采用一物多用、搭積木組合的思想，較好解決實驗條件的控制問題，即研究重心位置與形狀有關時，保證物體的同一性；研究重心位置與質量分布有關時，保證物體的形狀不變。通過本系列實驗探究，學生在習得重心知識的同時也訓練了思維，深刻感受和體驗了變式與創新。

（2）實驗便于記錄，有利于突破教學難點。“重心位置不一定在物體上”對于初學者是最感困難的。教學中，大多僅作理論分析，學生缺少真實的感受。本實驗能巧妙、方便確定不在物體上的重心實際位置，讓學生看得真切，記得深刻。

(欄目編輯王柏廬)