學生參與物理實驗器材的創新和改進過程

曾若瑾 張生文

摘 要：教師指導下學生參與“創新實驗”；通過實驗創新培養學生學習能力。

關鍵詞：教師指導；學生實驗創新；學習能力

在學習曲線運動的過程中，我和同學們認為教材中關于“曲線運動的方向的演示實驗”有一些不足。在老師的指導下，我對該演示實驗進行一些創新的改變和設計。

一、 問題的提出

根據同學們的調查后分析，該演示實驗主要存在以下問題：

1. 該實驗無法直觀地顯示小球運動的軌跡；

2. 該實驗法直觀地顯示小球運動速度沿軌跡的切線方向。

二、 實驗改進方案

（一） 實驗方案的確定

怎樣簡單、方便、直觀地顯示小球的運動軌跡，我嘗試：

方案一：桌面上鋪上白紙，在小球的表面涂上墨水。讓小球在紙上滾動；

方案二：桌面上鋪上白紙，白紙的下面再鋪上復寫紙。讓小球在紙上滾動；

方案三：讓磁性小鋼球在磁性寫字板上運動，寫紙板上將顯示運動軌跡。

在方案一中，實驗步驟復雜，在小球的表面涂上墨水后，容易在手上、衣服上、白紙上形成污跡，影響實驗結果。

在方案二中，實驗步驟復雜，實驗成本較高，且運動軌跡很淡，不容易觀察，影響實驗結果。

在方案三中，實驗器材簡單、實驗步驟方便、實驗現象明顯，我選用實驗方案三。

（二） 實驗器材的選擇

1. 選擇磁性寫字板。本著簡潔、方便的原則，我在實驗中選用兒童型。

2. 磁性小鋼球。為了清楚地顯示運動軌跡，我選用材料為稀土磁鋼的磁性小球。

3. 運動軌道：選用直徑約15cm的塑料小水桶。

如圖1所示為實驗器材實物照片；

4. 運動軌道的設計、制作：

將塑料水桶的上邊緣和桶身分開，保留桶的上邊緣，如圖2（1）所示。并在軌道上A、B、C處切斷后再用透明膠帶粘上，使之既可以分開，又可以還原為圓形。圖2（2）顯示從A處分開軌道的照片。

（三） 實驗步驟

1. 將軌道固定在磁性寫字板上。并形成完整的圓形軌道。將寫字板所配的寫字筆沿軌道的內側畫出完整的圓形。

2. 將軌道從A處分開。

3. 將磁性小鋼球靜置于軌道內側某處。如圖3所示。

4. 將小球用力沿著軌道內側方向彈出。小球將沿圓形軌道的內側做曲線運動（圓周運動），最后從斷口出離開軌道。在磁性板上留下較清晰的運動軌跡。如圖4（1）所示。如果將軌道移開，在軌道的斷口處將清晰地顯示出速度方向與運動軌跡之間的關系。如圖4（2）所示。

5. 在將軌道從斷口B處分開，重復上述實驗，將在新的位置得到同樣的實驗結論。現象如圖5所示。

（四） 實驗結論

從圖4（2）和圖5（2）可以看出：物體做曲線運動時，任意一點的速度方向都沿該點的切線方向。

三、 實驗心得和感悟

1. 此實驗教具研究成功之后，同年級的各個班級都做了這個實驗，效果不錯。我特將此實驗裝置捐獻給學校。我希望在此裝置演示的同時，也展示了一個學生的創新能力。

2. 通過這次創新的實驗實踐活動，既解決了我對物理知識學習的困惑，又提高了自己的創新能力，增強了學習物理的興趣。

作者簡介：

曾若瑾，四川省成都市，成都七中（高新校區）高2016級11班；

張生文，四川省成都市，成都市西北中學。