离心运动低成本趣味实验资源开发

摘 要 本文以离心运动现象为主题，通过系统、整合地开发系列低成本趣味实验资源，使离心运动实验教学资源的开发主题化、趣味化、生活化，有利于系统加深学生对离心运动的学习和理解。

关键词 离心运动 低成本趣味实验 资源开发

物理学是一门以实验为基础的自然科学，在当前的教学实践中，重视实验教学特别是低成本趣味实验资源开发的教学研究，对全面提高中学物理教学质量具有重要意义。

离心运动现象在我们日常生活中广泛存在，以离心运动为主题的低成本趣味实验资源开发，可以将离心运动现象生动、具体、直观地展现出来，使离心运动实验教学资源的开发主题化、趣味化、生活化，有利于系统加深学生对离心运动的学习和理解。

【实验1】 简易棉花糖机

实验器材：电池盒、电池、固定用的螺钉帽（铝钉）、自行车辐条、易拉罐（最好开口是三角形），大头针（用做打孔）、小圆珠（用于找出易拉罐中心位置）、酒精灯、火柴、储物箱、细铁丝等（如图1）。

实验步骤及特点：①找到易拉罐底部的中心位置打孔；②在沿着易拉罐底部靠上大约2～3cm处，用大头针打3～5圈均匀分布的小孔；③在易拉罐瓶顶中心处打孔，并用自行车辐条穿过，再用细铁丝固定车辐条并作为转轴；④用铝钉连接好车辐条与马达，并用钳子将其固紧；⑤连接电路，用导线将开关、电池和马达串联起来，棉花糖机就这样做成了；⑥将白砂糖放入制好的易拉罐内，把整个装置放入事先准备的圆桶内，并用酒精灯加热易拉罐底部，先加热3分钟左右，再闭合开关；随着易拉罐高速旋转，加热的白砂糖就会逐步熔化成糖浆从罐孔中甩出来而变成细丝状的棉花糖。该实验利用熔化的糖浆在离心力的作用下成为细丝状的棉花糖。实验制作简单，现象有趣，还能加深关于离心力现象和知识的认识。

【实验2】 飞檐走壁的弹珠

实验器材：一颗玻璃弹珠球、一个高脚杯（如图2）

实验步骤及特点：①将玻璃弹珠放入倒扣的杯内，并在水平桌面上快速旋转杯子，并使得小球沿杯壁旋转，慢慢地使玻璃杯离开地面；②随着杯子的旋转速度越来越快，弹珠也逐渐地从杯沿沿着杯壁往上旋转，当杯子的旋转速度稳定后，弹珠也能在悬空的杯子内壁稳定地旋转而不滑落下来。学生直观地看到弹珠在离心力的作用下紧贴玻璃杯内壁而不滑落，现象有趣，操作简单，并能激发学生思考。

【实验3】 滴墨成画[1]

实验器材：白色硬纸板、火柴棒、墨水（如图3）

实验步骤及特点：①将白色硬纸片剪成圆形，中间插一根削尖了的火柴棒，做成一个陀螺；②在其上面先滴几滴墨水；③在墨水没干之前，把火柴棒的上部夹在大拇指和食指之间，把它用力顺时针或逆时针拧转后，迅速放到平滑的水平面上，过一会儿，待其停下就可以看到一幅旋风画。该实验将墨水在离心力的作用下做离心运动时的轨迹显示在纸上，现象直观，操作简单。

【实验4】 伸缩的陀螺[1]

实验器材：8个圆形的纽扣、细线、硬纸板、小木棍、图钉、剪刀（如图4）

实验方法：①将硬纸板剪成圆形，并在其离边缘1cm处均匀对称地用图钉打8个大小一样的孔；②用剪刀剪8跟长约5cm左右细线，在其一端分别系上圆形的纽扣，另一端系在打好孔的圆形硬纸板上；③将小木棍的一端削尖后插入圆形硬纸板的圆心处；④快速旋转做好的陀螺，就可观察到如图所示的旋转陀螺。该实验利用纽扣在做圆周运动产生的离心力而外展成为旋转陀螺，对于初涉离心运动的学习者来说，是一个很好的演示实验。

【实验5】 神奇的硬币[2]

实验器材：衣架一个，一元硬币一个，直尺（如图5）

实验步骤及特点：①用力对拉衣架的两边，使其为菱形状，将衣架钩对面的顶点作为旋转的中心；②用力向内弯曲衣架架钩使其在中心位置的竖直的下方，且使衣架钩的水平面与旋转中心位置的竖直方向垂直；③将一元的硬币平放在衣架钩上，右手的食指放在旋转中心位置处；④慢慢地让衣架摆动起来，然后加速让其在竖直平面内旋转，观察发现放在衣架钩上的硬币竟然悬立在衣钩尖端随衣架旋转而不掉落。该实验利用硬币在高速旋转时产生的离心力与衣架尖端处的支持力的平衡而不滑落，现象十分奇特，能激发学生动手操作的兴趣。

【实验6】 自制纸蜻蜓

实验器材：光环的小木棍，A4纸一张，剪刀，胶水或者双面胶等（如图6）

实验方法及实验特点：①将A4纸剪出大小宽度约5厘米左右且长度一样的4条纸片，并折叠一次保持长度一样且对称；②将折叠好的4条纸片均匀对称地粘在小木棍的一端；③双手来回摩擦小木棍的另一端，让4条纸片飘起来再松开手，此时做好的纸蜻蜓就会像蜻蜓一样在空中飞翔，最后盘旋下落。该实验利用纸片在高速旋转时产生的离心力，使纸片能够远离圆心而展翅伸长，现象明显，操作简单，素材适于开展小学生科普活动。

【实验7】 水流星

实验器材：小水桶、细绳（如图7）

实验步骤及特点：①杂技演员在一个小桶内装大约三分之一的水，用绳子系上；②杂技演员用如图的方式用脚将绳快速的旋转起来，直到它做稳定的圆周运动。让人惊讶的是桶中的水竟然没有流出来。该实验利用桶内的水在高速旋转下产生的离心力与桶壁对水的支持力产生的平衡而使其不会从桶中滑落出来，现象奇特，但熟练操作有一定难度。

【实验8】 旋盘上的钢珠

实验器材：圆形转盘、弹簧、钢珠（如图8）

实验过程：①将弹簧的一端固定在转盘的中心位置，另一端与钢珠相连；②让转盘慢慢地转动起来，速度从小逐渐变大，仔细观察弹簧与钢珠的运动变化。

实验现象及特点：当速度很小时，弹簧与钢珠一起跟随圆盘做圆周运动且弹簧的长度不变；当速度慢慢增加时，弹簧与钢珠一起跟随圆盘做圆周运动，但是弹簧不断伸长，钢珠越来越远离转盘的中心位置；当圆盘速度逐渐减少时，被拉长的弹簧慢慢缩短，钢珠也向转盘的中心位置靠近一直到原来的初始位置。该实验能够直观地显现钢珠随着圆盘速度的加快而产生远离圆心的趋势。

【实验9】 一球拉多球

实验器材：5个排球和1个篮球、两个网袋、一根绳子、10厘米左右的有机玻璃管。

实验方法：①一个网袋装蓝球，另一个网袋装五个排球，用一根绳子穿过10厘米左右的有机玻璃管将两个网袋连起来；②双手拿着有机玻璃管，让装有一个球的网袋在头顶做圆周运动；③随着头顶的网袋高速的旋转，下面网袋的球逐渐地随着旋转速度的增加而慢慢上升而被提起来。该实验利用上端网内篮球在高速旋转时产生的离心力来提拉下端网内排球，现象有趣，适于操作和演示，可加深学生对离心力作为动力存在的体验。

【实验10】 纸片切割机

实验器材：钻孔机、塑料泡沫、报纸、螺帽等（如图9）

实验方法及实验特点：①将报纸剪成圆形，并穿在钻孔机上，两边用塑料泡沫和螺帽固定好；②插上电源，可以看到柔软的纸片变硬而且在高速旋转，并可当切割机使用，用以切割断塑料、泡沫等物体。该实验利用纸片在随电钻高速旋转下成为锋利无比的刀片，现象神奇，操作简单，但在使用电钻时需注意人身安全。

【实验11】 奇异的手链

实验器材：一串手链珠子、矿泉水瓶、钻孔机、剪刀、螺帽等（如图10）

实验步骤及特点：①用剪刀将矿泉水瓶剪成两半，将瓶盖打孔并将带瓶盖的一部分牢牢固紧在钻孔机旋转的铁棒上；②将直径略大于矿泉水瓶的一串珠子手链套在截矿泉水瓶截面的圆周上，插上电源，让其快速旋转起来；③用牙签轻轻剥离正在高速旋转的手链，可以看到手链在脱离高速旋转的水瓶瞬间继续保持圆状继续往前旋转一段距离。该实验利用手链在随水瓶高速旋转时产生的离心力与地面对其的支持力保持的平衡而使手链能保持圆状滚动一段时间，现象有趣，制作也简单，适于学生课后制作，但在使用钻孔机时注意安全。

在低成本趣味实验资源开发过程中，教师要以身示范，成为实验资源开发与利用的主人，不断强化低成本趣味实验资源开发意识，提高低成本趣味实验资源创新的水平，同时倡导学生充分合理地利用身边的简易材料和废旧物品，进行主题式系统、整合的低成本趣味实验资源开发，从而有效地激发学生学习和探究物理的兴趣和热情，真正体现“从物理走近生活，从生活走进物理”的实践过程。

参考文献

[1] 张军朋，李德安，金汉炎.高中物理趣味实验[M].广州：广东教育出版社，2011.

[2]趣味实验：http：//v.youku.com/v_show/id_XMjIwNzQ0MjY0.html.

[作者：陈海深（1978-），男，湖南益阳人，广西师范大学物理科学与技术学院讲师，硕士。]

【责任编辑 孙晓雯】