曲线运动的速度方向演示装置

刘明海　朱向阳

教具装置图

如图1所示,演示器由电动机驱动的转动盘、磁片和磁性书写板等组成。

特点和用途

特点:利用磁性书写板显现物体做曲线运动的轨迹,实时记录质点在任意时刻速度的方向,提高演示现象的可见度。用途:用于高一物理“曲线运动”一节的演示教学,演示做曲线运动的物体在任意时刻速度的方向。

制作材料

市售儿童磁性书写板(选用书写面积为30 ㎝×25 ㎝左右的)1块,钕铁硼超强磁片1个,小电动机1只,透明塑料圆盘1块(直径12 ㎝左右),铁皮、木条、木块、螺钉、导线、干电池等。

制作方法

如图2所示,用螺钉把木条竖直地固定在木块的侧面上作电机的支撑座。木条上端用锉刀打磨成凹面,把电动机(可从废旧单放机、复读机上取用)放在凹面上,剪取1块大小合适的铁皮压住电机后,再用2颗螺钉把铁皮固定在木块的两侧面上(为了便于固定电机,在安装时可在电机与木条和铁皮接触处各放1块气球皮)。在木条的下端安装2颗螺丝作接线柱,把电机的2根电源线分别接在接线柱上,供外接电源用。在透明塑料圆盘中心处钻个大小合适的小孔,把中性笔笔芯上用于连接笔芯和笔头的“直接”(拔除笔头金属体,切去与笔芯连接的部分)插入孔内,并用热熔胶把“直接”和圆盘焊接牢固。在圆盘的边缘处用透明胶带固定一小块铁片,用于吸附磁片。把圆盘的“直接”套在电机的轴上,圆盘和电机的转轴便连成一体,当电机通电时,吸附在小铁片上的钕铁硼超强磁片便随圆盘做圆周运动。

钕铁硼超强磁片可从某些商品的包装盒上取得(某些中秋月饼、化妆品的包装盒和皮带上的磁扣有此类磁铁)。

演示方法和现象

1)用铁架台把书写板竖直地固定在桌面上。2)把钕铁硼超强磁片吸附在转动盘的小铁片上,移动支撑座,使转动盘上的磁片与书写板面接触。3)用2节干电池给电机供电,接通电源,此时由于转动盘上的磁片与书写板面接触,书写板面对转动盘的阻碍较大,所以电机不会转动。然后,移动支撑座使转动盘上的磁片离开书写板面。4)在磁片离开书写板面的过程中,电机带动转动盘由慢到快地转动起来,磁片也随转动盘做圆周运动,并把书写板内的磁性物质吸起,形成圆周运动的轨迹。当电机转速增大到一定值时,磁片做圆周运动所需的向心力大于铁片的吸引,磁片便脱离铁片沿圆周切线方向飞出,并在书写板上“画”出切线轨迹,这就是做曲线运动的磁片(质点)在某一时刻的速度方向(图1)。

(作者单位:江西省信丰中学)