初中物理课自制教具的开发和运用研究

邢华斌　王晓燕

【摘 要】物理是一门以实验为基础的自然学科，但在实际教学学中，现有教学仪器不可能都能满足教学的需求，或存在不足之处，这就需要广大物理教师根据自己的教学思想开发、自制实验仪器，弥补现有教具的不足。本文就《滑轮》章节的实验器材进行整合，对原有实验器材进行了大胆创新、改进，制作了教具《滑轮组类实验演示器》，并详细说明了该实验仪器的制作背景、制作材料、使用方法、教学意义和价值。

【关键词】自制教具；改进；滑轮；滑轮组；演示器

加强初中物理实验教学，可大大提高学生学习物理的兴趣，但学校实验器材的配备往往不能满足教学的需要， 我们通过自制教具（或学具）可以大大改善这一现状，并能够较大程度地根据教师的教学思想开发实验仪器。笔者在多年的教学实践中，对滑轮组类实验通过不断的改进和创新，自制了《滑轮组类实验演示器》，用于优化《滑轮》章节的演示实验，调动学生学习的积极性，在培养学生的实践能力和创新精神等方面取得了很好的效果。现就《滑轮组类实验演示器》的制作与改进办法与大家分享如下：

1 《滑轮组类实验演示器》的制作背景

初中物理“滑轮”章节实验教学中，有三大问题一致困扰着笔者：

1）无论教师做演示实验，还是学生做分组实验，都需要用刻度尺进行多次测量并记录数据，花时较多，测量误差较大。特别是在测量滑轮组绳子自由端移动距离时，用刻度尺不易测量。

2）测绳子自由端的拉力时，实验要求匀速提升物体，但用手提升重物，很难做到匀速，而按照实验要求，还要给学生说成是“匀速提升物体”，理论与实际不一致，不利于在课堂实验教学中演示。

3）测绳子自由端距离和《测滑轮组的机械效率》的实验中，教师演示实验、学生做分组实验时，需要站在凳子上提升重物来测量绳子自由端移动的距离，给实验增加了难度。

为有效解决上述3大问题，笔者在日常的教育教学及教研活动中，不断思考、探索，如何制作和改进《滑轮》章节实验仪器，使实验更方便、直观、灵活，易于学生接受，方便教师讲评、演示。

2 教具的教学意义和价值

自制的《滑轮组类实验演示器》用于初中物理《滑轮》章节实验教学，起到了很好的教学效果：

2.1 本教具利用演示板上的方格纸成功地解决了物体被提升时移动的距离和绳子自由端移动的距离测量问题

将坐标纸贴在木质框架上代替刻度尺，教师做演示实验、学生做分组实验时不必像原装置那样测量了钩码的初位置后，移动刻度尺去测量弹簧测力计的初位置，钩码提升一定高度后，再次测量钩码和弹簧测力计的末位置。现在，教师和学生可以直接通过坐标纸看出各自移动的距离，避免了弹簧测力计因用手提造成的各位置测量值不准，便于s=nh关系的得出（s指绳子自由端移动的距离，n指绳子根数，h指重物移动的高度）。

2.2 本教具利用微型齿轮电机能够匀速转动的原理有效解决了匀速提升重物的问题

滑轮组类实验要球求匀速向上拉弹簧测力计，用原装置操作时很难控制匀速向上拉升，通过几年的不断探索和创新，我们成功地用直流电压为6V，每分钟空载转速为60RPM的微型齿轮电机匀速拉升钩码，在教学中解决了无法用滑轮及滑轮组将钩码匀速提升的困惑。

2.3 本教具利用齿轮电机的长柄有效解决了绳子自由端移动距离过大的问题

实验时，将绳子绕在齿轮电机的螺纹丝杆上，教师做演示实验、学生做分组实验时，不用再站在凳子上或桌子上用手去提绳子的自由端，也避免了绳子的自由端移动的距离较大难以测量的困惑，有效解决了用原装置做多段绳子承担物重的实验时因自由端移动的距离较大，学生不得不站在凳子上或桌子上拉升物体的困惑。

2.4 本教具解放了师生的双手，缩短了实验时间

用原教具做实验时，学生一手拉弹簧测力计，一手用刻度尺测量。教师演示时，每做完一步后讲评时，要把整个装置放下；做下一步时又要重新装配，浪费了大量实验时间，造成学生分组实验时间不够。而本自制教具只需要用手拨动双控开关即可，其他物理量直接可以从图中看出来，解放了师生双手、缩短了实验时间。

3 教具装置图

4 特点及用途

4.1 特点

本教具利用方格纸代替刻度尺，便于直接读取重物移动的距离h和绳子自由端移动的距离s；采用带齿轮的电机提供拉力，能够匀速拉升物体，并能通过绳子自由端弹簧测力计直接读出拉力的大小；绳子的自由端缠绕在电机的螺纹长柄上，缩短了实验的竖直高度；同时解放了师生的双手，缩短了实验时间，使实验结论更为科学、合理。

4.2 用途

本教具可满足初中物理“滑轮”章节实验教学需求，不但可以让学生认识滑轮，了解滑轮及滑轮组的特点，而且可以用做教师演示、学生分组实验以得出“使用定滑轮不省力，但能改变力的方向”；“使用动滑轮能省一半的力，但不能改变力的方向”；“使用滑轮组既能省力，又能改变力的方向”等结论。同时，还能完成《测滑轮组的机械效率》的实验操作，通过演示得出滑轮组的机械效率及影响滑轮组机械效率高低的因素的实验结论。

5 制作材料

大小为400mm×600mm、厚为20的木板一块，截面为20mm×25mm、长为40mm、60mm的木条各两根，方格纸一张、四节五号电池盒2个，五号电池8节，微型双控开关4个，微型正反转齿轮电机4个，调平按钮4个，钩码4个，弹簧测力计2支，细绳，滑轮及滑轮组，螺杆、螺帽，图钉、胶带纸、粘贴纸等。

6 制作方法

6.1 截取大小为400mm×600mm、厚为20 mm的木板一块，用木条将四周加厚；根据设计尺寸在合理的位置开孔，使其大小与电机、开关截面一致，用于固定电机、开关；将制作成的木质框料用粘贴纸美化。

6.2 如图2所示，将电机、开关、电池盒、螺杆安装到相应的位置，并用螺丝、塑料底座固定好后，连接电路，使定滑轮、动滑轮、滑轮组各控制电机能够正转、停止、反转。

6.3 如图3所示，在各演示区通过实际操作，根据测量需求将方格纸贴在各操作区且标明刻度；将调平按钮安装在支架座上后安装支架。

7 使用方法

7.1 将本教具放置在水平桌面上，实验前应检查整个装置是否前后竖直，若不竖直，通过底座上的调平按钮进行调整。

7.2 在定滑轮实验区内，将定滑轮固定在螺杆上，按照图示组装滑轮，绳子自由端固定在电机螺纹转轴上，看清物体和绳子自由端的位置（细绳上有一用白色细线打的结，可以移动，方便读数及固定弹簧测力计），然后将定滑轮控制开关S1拨到左端，电机开始通过定滑轮拉动物体，一段距离后将开关S1拨到中间，电机停止转动，从坐标纸上得出各自移动的距离（可以通过前期调节，使其都能达到整刻度）得出拉力的方向及h与s的关系（如图4定滑轮演示区）；将开关S1拨到右端，使物体回复原来的位置后，将弹簧测力计的上下钩固定在细线的结处，开关S1拨到左端，电机匀速拉动物体，弹簧测力计显示出拉力的大小F拉，然后测出重物的重力G物，弹簧测力计的重力G弹，分析得出G物、F拉、G弹之间的关系（如图5）。

7.3 在动滑轮实验区内，按照图示安装后，操作同2，通过实验得出拉力的方向及h与s的关系（如图4动滑轮演示区）；G物、F拉、G滑之间的关系（连接方法同图5）。

7.4 在滑轮组实验区内，先让学生通过该区域，任意组装滑轮组，学会绳子链接滑轮组的方法，并通过起始端分别在动滑轮和定滑轮时承担重物绳子的根数n的特点；然后按照图示安装，操作同2，通过实验得出拉力的方向及h与s的关系（如图4滑轮组演示区），以及G物、F拉、G滑、n之间的关系（连接方法同图5）。

7.5 在方法4的基础上，测出滑轮组的机械效率；分别增加动滑轮G滑的大小，得出G滑大小与机械效率η的关系；增加被拉物重G物的大小，得出G物大小与机械效率η的关系，并通过实验研究滑轮组的机械效率η与h和s是否有关（实验组装如图4的滑轮组演示区。）

[责任编辑：王伟平]