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将抽象问题具体化
——可展示能量变换原理的听话透明圆桶的设计体验

2022-05-18山东省青岛职业技术学院生物与化工学院曹雨晴

发明与创新 2022年16期
关键词:圆筒势能螺母

◆山东省青岛职业技术学院生物与化工学院 曹雨晴

孔子曰:“吾听吾忘,吾见吾记,吾做吾悟。”我在中小学亲历了数学、物理、化学三大学科中抽象难懂的知识带来的学习困惑与烦恼。从2009年起,我便开始研究各种教学装备。

进入大学后,随着创业条件的成熟及学校对项目的培育和孵化,我在2020年组建了启梦教学装备团队,对小初高各年级教育教学装备进行研发,力图让学科中复杂的问题简单化,抽象的问题具体化,让同学们在快乐中学习、成长。下文介绍的这项作品就是目前研究的最新产品。

可展示能量变换原理的听话透明圆桶

在科学实验中,“调皮的奶粉桶”是一个介绍能量转换的著名实验。该实验利用生活中的常见物品橡皮筋、螺母、牙签和奶粉桶做成,能让奶粉桶在滚动后原路返回,从而展示弹性势能与动能之间的相互转化。

实验者在解释该原理时,多利用文字和动画图片。如何直观地展示?我设计制作了一个可用于观测的透明圆筒。

一、实验材料

有机玻璃圆筒(15 cm~20 cm)、皮筋(6根)、螺母(1~6个,总质量50 g左右)、细铁丝(可用废旧的自行车钢条代替)、细绳(线)。

二、制作方法

螺母的两侧用线绳把2~4根皮筋拴在一起,2~4根皮筋的另一侧用自锁式尼龙扎带与细铁丝的十字交叉点固定。

将两根细铁丝固定在有机玻璃圆筒的两端。

有机玻璃圆筒的两头外侧可以套一块圆形橡胶垫,便于运动时防止滚动摩擦损伤有机玻璃圆筒的外壁。

三、使用方法

将连接好的有机玻璃圆筒放在平整的地面上轻轻滚动,滚动的有机玻璃圆筒与未滚动的螺母使皮筋缠绕。停止滚动后,在皮筋弹性势能的作用下,有机玻璃圆筒反向滚动,从而展示动能和弹性势能之间的转换,而且可以直观地看到皮筋的缠绕和展开。

图1 装置示意图

图2 组装好的实物图(皮筋未缠绕)

图3 滚动后的实物图(皮筋缠绕)

图4 项目团队在指导老师马雪(前排左二)、左长江(前排右一)的带领下参观青岛金山园精密模具有限公司

制作之初,我使用的皮筋弹性较差,易缠绕导致超出弹性限度。后来,我购买了多种皮筋,从中选出弹性势能与动能转换最合适的,经过多次调整最终制作出教具。教具成品在高中物理课堂上试用后,得到了师生的一致好评。随后,项目团队还与器件供应商签订了战略合作协议。

之后,我邀请了更多的行业专家进行技术指导,与意向专家签订了长期技术顾问合同。今后,我还将研发更多的产品,与更多行业结合,制作出更多教学装备,为师生的教与学提供更多便利!

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