“火車轉(zhuǎn)彎演示器”的制作與實驗

現(xiàn)行高中物理（必修）第一冊第五章第六節(jié)的“勻速圓周運動實例分析”中，關(guān)于火車轉(zhuǎn)彎時鐵道外軌提供向心力概念，因無演示教具，教師比較難講，而學(xué)生僅憑向心力理論去死板地理解和想象，也難聽懂。為此，筆者試用組裝辦法制成了一套簡單直觀的演示教具，形象地將鐵路道軌、火車輪輪緣及鐵路轉(zhuǎn)彎處外軌高內(nèi)軌低的境況展現(xiàn)得一清二楚，教師邊演示邊簡講、學(xué)生邊觀察邊理解，達到了易講、易記的教學(xué)目的。現(xiàn)予介紹、供同行老師參考，不妥之處請指正。

1 制作所需器件及材料

①“運動合成演示器”中小車上的輪子（有輪緣）和橫軸總程4套（作火車輪軸）；

②“摩擦計”中長方形木塊2個（作車廂）；

③“儀器柜”的架板1塊（粘鋪“鐵道軌”）；

④塑套電話板線約2.5米（粘制“鐵道軌”）；

⑤502膠水1瓶、細銅絲約2厘米及木螺釘?shù)取＊?/p>

2 制作方法（見圖1）

①在儀器柜架板上粘兩對一頭較直、另一頭有轉(zhuǎn)彎的“鐵道軌”，使一對在彎道處與直道一樣兩軌等高；使另一對在彎道處將外軌適當(dāng)?shù)鼐鶆蛱Ц咭恍瞥设F路道軌模型。

（注：鐵路道軌模型還可制成一對鐵軌中間直道、兩端彎道，其中一端雙軌等高、另一端外軌略高一些的形式。）

②在兩個長方形木塊上用木螺釘各安裝兩套輪軸總程制成“車廂”兩個。

③將細銅絲折成“∽”狀、并通過長方形木塊端原有的羊眼圈聯(lián)串兩車廂；在兩個連在一起的車廂兩端頭拴上牽引線，用手在線上朝不同方向拉動時，該組車廂可前后行駛。

3 實驗操作

①水平放置鐵道模型板、用手拉兩車廂分別在兩條軌道上前后行駛，可以看到：速度慢時，兩車廂在兩種彎道上均順暢通過；速度一加快，外軌高的彎道上兩車廂仍安全通過（說明外軌提供向心力作了貢獻），而在兩軌等高的彎道上發(fā)生了翻車事故（證明離心力使車廂重心嚴重向外偏移）。

②或?qū)⒛Ｐ桶邃佒避壍酪欢颂Ц呤箖绍噹謩e在兩對鐵道上自由溜下，仍有兩種不同現(xiàn)象發(fā)生（現(xiàn)象同前，略）。

4 實驗效果

由于車廂運行過程極像火車行駛實況，非常直觀形象，這特意為學(xué)生們創(chuàng)設(shè)的物理情境，使他們發(fā)生了興趣和好奇感，激活了大腦思維。這時教師稍加巧妙點撥，學(xué)生通過觀察現(xiàn)象，毫不費勁地理解了火車轉(zhuǎn)彎外軌高內(nèi)軌低時，外軌提供向心力作貢獻達到外軌不受輪緣的壓力和不翻車的道理，從而輕松地加深了對向心力概念的理解記憶。這是一節(jié)典型的變想象分析為觀察理解的創(chuàng)新實驗課。

5 創(chuàng)新特點

①利用了現(xiàn)有儀器的大量零部件，拓寬和發(fā)掘其使用范圍。

②使用了易找材料、造價低，節(jié)省了儀器購置費。

③需要時組裝新儀器簡單，用畢后拆掉重組原儀器容易，適宜于貧困地區(qū)中學(xué)試制試用。

(欄目編輯王柏廬)