自制教具“黑板上的過山車”

摘 要：利用常見材料設計制作了“黑板上的過山車”，可以輕松“吸”在黑板上，用于演示豎直面內圓周運動的各種情況，效果明顯.

關鍵詞：自制教具; 高中物理; 豎直面內圓周運動

文章編號：1008-4134（2019）19-0062中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

基金項目：黑龍江省2017青年專項課題“智能手機和平板電腦在高中物理教學中的應用”（課題編號：JJD1317012）.

作者簡介：陳雷 （1983-），男，黑龍江哈爾濱人，碩士，中學一級教師，研究方向 ：中學物理學科教學.

實驗是高中物理教學過程中極其重要的環(huán)節(jié)，運用恰當?shù)膶嶒灲叹?，既能培養(yǎng)學生的觀察能力、動手能力，又有利于提高學生的分析、思維能力，進而可以給學生提供探究、創(chuàng)新的機會，提高學生的核心素養(yǎng).隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教具已跟不上課堂教學變化的需要，而以實驗為基礎的高中物理教學無法離開實驗教具、器材的支持.因此，在教學中除了利用現(xiàn)有實驗資源以外，還要開動腦筋，靈活機動地利用生活中常用的一些簡單材料，自制實驗教具.

圓周運動是高考中的重點內容，尤其是豎直面內圓周運動最高點的受力分析，經(jīng)常在高考中出現(xiàn)，而學生往往弄不清“臨界條件”導致丟分[1].筆者在講解“豎直面內圓周運動的臨界條件”時就發(fā)現(xiàn)很多學生由于缺乏生活經(jīng)驗不能充分理解豎直面內圓周運動的臨界條件.于是筆者利用廢舊材料自制了一個“黑板上的過山車”給同學們展示，收到了良好的課堂教學效果.

外側軌道約束原理：

小球在豎直平面內做圓周運動過最高點有最小速度v的推導：

① 當mg=mv2R，即v=v0=gR時，v0為小球恰好過最高點的臨界速度.

② 當mgv0=gR時，軌道對小球產(chǎn)生壓力，小球能過最高點.

③ 當mg>mv2R，即v

學生在學習上述內容時容易出現(xiàn)記憶混亂、難以理解的情況，尤其最后一種情況，很多學生無法想象出來小球在沒有達到最高點卻能脫離圓周軌道的情況，這時如果有一個實際儀器能演示該運動情況就能非常好的解釋這一情況，于是筆者查閱相關資料根據(jù)自己課堂需要設計并制作了教具“黑板上的過山車”.

所需材料：本實驗所用到的材料如圖1所示.釹鐵硼強磁鐵，鋁合金窗簾導軌寬度2厘米長約1米以及卡扣，螺絲若干.

制作過程：按照如圖2所示的形狀將窗簾導軌制作成“過山車”的軌道，在側面固定3個卡扣并且在卡扣上固定好強磁鐵，這樣“過山車”就可以“吸”在黑板上了.

成品展示：制作好的過山車和用于運動的“鼠標球”如圖2所示，它可以隨意在黑板上“吸”住，通過調整鼠標球的下落高度可以實現(xiàn)豎直面內的圓周運動，如果高度不足可以實現(xiàn)小球原路返回或者斜拋，以往需要很多話語給學生介紹的物理現(xiàn)象通過一個儀器很容易地就展示出來了.

此外由于小球運動時速度快、時間短，具體演示時還可以利用智能手機的同屏功能和慢動作視頻功能，將實驗的細節(jié)情況展示給全體學生觀察[2].

擴展應用：利用強磁鐵對黑板的吸附性，可以將很多教具改造成可以“吸”在黑板上的新型教具，比如“黑板上的單擺”“黑板上的斜面”“黑板上的彈簧秤”，甚至是“黑板上的氣墊導軌”，這樣展示起來直觀形象效果明顯.

運用身邊常見的材料自制教具，是高中物理教育中幫助學生在頭腦中建立物理模型、實現(xiàn)思維突破的好辦法，借助現(xiàn)代技術運用手機慢動作展示功能實現(xiàn)慢動作回放可以更加有效地幫助學生理解物理模型的關鍵點.

參考文獻：

[1]張金州.自制教具解決教學中的疑難問題[J].中學物理教學參考，2012（4）：17-18.

[2]陳雷，宋健夫，李冰.智能手機在中學物理教學中的應用[J].實驗教學與儀器，2015（05）：27.

（收稿日期：2019-08-01）