初中物理課自制教具的開發和運用研究

邢華斌　王曉燕

【摘 要】物理是一門以實驗為基礎的自然學科，但在實際教學學中，現有教學儀器不可能都能滿足教學的需求，或存在不足之處，這就需要廣大物理教師根據自己的教學思想開發、自制實驗儀器，彌補現有教具的不足。本文就《滑輪》章節的實驗器材進行整合，對原有實驗器材進行了大膽創新、改進，制作了教具《滑輪組類實驗演示器》，并詳細說明了該實驗儀器的制作背景、制作材料、使用方法、教學意義和價值。

【關鍵詞】自制教具；改進；滑輪；滑輪組；演示器

加強初中物理實驗教學，可大大提高學生學習物理的興趣，但學校實驗器材的配備往往不能滿足教學的需要， 我們通過自制教具（或學具）可以大大改善這一現狀，并能夠較大程度地根據教師的教學思想開發實驗儀器。筆者在多年的教學實踐中，對滑輪組類實驗通過不斷的改進和創新，自制了《滑輪組類實驗演示器》，用于優化《滑輪》章節的演示實驗，調動學生學習的積極性，在培養學生的實踐能力和創新精神等方面取得了很好的效果?，F就《滑輪組類實驗演示器》的制作與改進辦法與大家分享如下：

1 《滑輪組類實驗演示器》的制作背景

初中物理“滑輪”章節實驗教學中，有三大問題一致困擾著筆者：

1）無論教師做演示實驗，還是學生做分組實驗，都需要用刻度尺進行多次測量并記錄數據，花時較多，測量誤差較大。特別是在測量滑輪組繩子自由端移動距離時，用刻度尺不易測量。

2）測繩子自由端的拉力時，實驗要求勻速提升物體，但用手提升重物，很難做到勻速，而按照實驗要求，還要給學生說成是“勻速提升物體”，理論與實際不一致，不利于在課堂實驗教學中演示。

3）測繩子自由端距離和《測滑輪組的機械效率》的實驗中，教師演示實驗、學生做分組實驗時，需要站在凳子上提升重物來測量繩子自由端移動的距離，給實驗增加了難度。

為有效解決上述3大問題，筆者在日常的教育教學及教研活動中，不斷思考、探索，如何制作和改進《滑輪》章節實驗儀器，使實驗更方便、直觀、靈活，易于學生接受，方便教師講評、演示。

2 教具的教學意義和價值

自制的《滑輪組類實驗演示器》用于初中物理《滑輪》章節實驗教學，起到了很好的教學效果：

2.1 本教具利用演示板上的方格紙成功地解決了物體被提升時移動的距離和繩子自由端移動的距離測量問題

將坐標紙貼在木質框架上代替刻度尺，教師做演示實驗、學生做分組實驗時不必像原裝置那樣測量了鉤碼的初位置后，移動刻度尺去測量彈簧測力計的初位置，鉤碼提升一定高度后，再次測量鉤碼和彈簧測力計的末位置?，F在，教師和學生可以直接通過坐標紙看出各自移動的距離，避免了彈簧測力計因用手提造成的各位置測量值不準，便于s=nh關系的得出（s指繩子自由端移動的距離，n指繩子根數，h指重物移動的高度）。

2.2 本教具利用微型齒輪電機能夠勻速轉動的原理有效解決了勻速提升重物的問題

滑輪組類實驗要球求勻速向上拉彈簧測力計，用原裝置操作時很難控制勻速向上拉升，通過幾年的不斷探索和創新，我們成功地用直流電壓為6V，每分鐘空載轉速為60RPM的微型齒輪電機勻速拉升鉤碼，在教學中解決了無法用滑輪及滑輪組將鉤碼勻速提升的困惑。

2.3 本教具利用齒輪電機的長柄有效解決了繩子自由端移動距離過大的問題

實驗時，將繩子繞在齒輪電機的螺紋絲桿上，教師做演示實驗、學生做分組實驗時，不用再站在凳子上或桌子上用手去提繩子的自由端，也避免了繩子的自由端移動的距離較大難以測量的困惑，有效解決了用原裝置做多段繩子承擔物重的實驗時因自由端移動的距離較大，學生不得不站在凳子上或桌子上拉升物體的困惑。

2.4 本教具解放了師生的雙手，縮短了實驗時間

用原教具做實驗時，學生一手拉彈簧測力計，一手用刻度尺測量。教師演示時，每做完一步后講評時，要把整個裝置放下；做下一步時又要重新裝配，浪費了大量實驗時間，造成學生分組實驗時間不夠。而本自制教具只需要用手撥動雙控開關即可，其他物理量直接可以從圖中看出來，解放了師生雙手、縮短了實驗時間。

3 教具裝置圖

4 特點及用途

4.1 特點

本教具利用方格紙代替刻度尺，便于直接讀取重物移動的距離h和繩子自由端移動的距離s；采用帶齒輪的電機提供拉力，能夠勻速拉升物體，并能通過繩子自由端彈簧測力計直接讀出拉力的大??；繩子的自由端纏繞在電機的螺紋長柄上，縮短了實驗的豎直高度；同時解放了師生的雙手，縮短了實驗時間，使實驗結論更為科學、合理。

4.2 用途

本教具可滿足初中物理“滑輪”章節實驗教學需求，不但可以讓學生認識滑輪，了解滑輪及滑輪組的特點，而且可以用做教師演示、學生分組實驗以得出“使用定滑輪不省力，但能改變力的方向”；“使用動滑輪能省一半的力，但不能改變力的方向”；“使用滑輪組既能省力，又能改變力的方向”等結論。同時，還能完成《測滑輪組的機械效率》的實驗操作，通過演示得出滑輪組的機械效率及影響滑輪組機械效率高低的因素的實驗結論。

5 制作材料

大小為400mm×600mm、厚為20的木板一塊，截面為20mm×25mm、長為40mm、60mm的木條各兩根，方格紙一張、四節五號電池盒2個，五號電池8節，微型雙控開關4個，微型正反轉齒輪電機4個，調平按鈕4個，鉤碼4個，彈簧測力計2支，細繩，滑輪及滑輪組，螺桿、螺帽，圖釘、膠帶紙、粘貼紙等。

6 制作方法

6.1 截取大小為400mm×600mm、厚為20 mm的木板一塊，用木條將四周加厚；根據設計尺寸在合理的位置開孔，使其大小與電機、開關截面一致，用于固定電機、開關；將制作成的木質框料用粘貼紙美化。

6.2 如圖2所示，將電機、開關、電池盒、螺桿安裝到相應的位置，并用螺絲、塑料底座固定好后，連接電路，使定滑輪、動滑輪、滑輪組各控制電機能夠正轉、停止、反轉。

6.3 如圖3所示，在各演示區通過實際操作，根據測量需求將方格紙貼在各操作區且標明刻度；將調平按鈕安裝在支架座上后安裝支架。

7 使用方法

7.1 將本教具放置在水平桌面上，實驗前應檢查整個裝置是否前后豎直，若不豎直，通過底座上的調平按鈕進行調整。

7.2 在定滑輪實驗區內，將定滑輪固定在螺桿上，按照圖示組裝滑輪，繩子自由端固定在電機螺紋轉軸上，看清物體和繩子自由端的位置（細繩上有一用白色細線打的結，可以移動，方便讀數及固定彈簧測力計），然后將定滑輪控制開關S1撥到左端，電機開始通過定滑輪拉動物體，一段距離后將開關S1撥到中間，電機停止轉動，從坐標紙上得出各自移動的距離（可以通過前期調節，使其都能達到整刻度）得出拉力的方向及h與s的關系（如圖4定滑輪演示區）；將開關S1撥到右端，使物體回復原來的位置后，將彈簧測力計的上下鉤固定在細線的結處，開關S1撥到左端，電機勻速拉動物體，彈簧測力計顯示出拉力的大小F拉，然后測出重物的重力G物，彈簧測力計的重力G彈，分析得出G物、F拉、G彈之間的關系（如圖5）。

7.3 在動滑輪實驗區內，按照圖示安裝后，操作同2，通過實驗得出拉力的方向及h與s的關系（如圖4動滑輪演示區）；G物、F拉、G滑之間的關系（連接方法同圖5）。

7.4 在滑輪組實驗區內，先讓學生通過該區域，任意組裝滑輪組，學會繩子鏈接滑輪組的方法，并通過起始端分別在動滑輪和定滑輪時承擔重物繩子的根數n的特點；然后按照圖示安裝，操作同2，通過實驗得出拉力的方向及h與s的關系（如圖4滑輪組演示區），以及G物、F拉、G滑、n之間的關系（連接方法同圖5）。

7.5 在方法4的基礎上，測出滑輪組的機械效率；分別增加動滑輪G滑的大小，得出G滑大小與機械效率η的關系；增加被拉物重G物的大小，得出G物大小與機械效率η的關系，并通過實驗研究滑輪組的機械效率η與h和s是否有關（實驗組裝如圖4的滑輪組演示區。）

[責任編輯：王偉平]