对圆周运动中观察相对运动趋势的实验设计.doc

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1、对圆I周运动中观察相对运动趋势的实验设计对圆周运动中观察相对运动趋势的实验设计摘要：为了解决匀速圆周运动中相对运动趋势方向较难理解的问题，从实验的角度进行设计，给学生以直观的感受，帮助学生解决这个难点。关键词：匀速圆周运动；相对运动趋势高中物理必修2新课程实验教科书上第22页的问题与练习上有这么一题：一个圆盘在水平面内做匀速转动，角速度是4rad/so盘而上距圆盘屮心0.10m的位置有一个质量为0.10kg的小物体能够随圆盘一起运动，（1）求小物体做匀速圆周运动时向心力的大小。（2）关于小物体的向心力，甲、乙两人有不同的意见：甲认为该向心力等于圆盘对小物体的静摩擦力，指向圆心；乙认为小物体有

2、向前运动的趋势，静摩擦力方向和相对运动趋势方向相反，即向后，而不是和运动方向垂直，因此向心力不可能是静摩擦力。你的意见是什么？说明理由。对于这题的第（2）问，答案是甲对的，但乙同学的解释学生不理解，一个物体置于圆盘上在水平面上匀速转动，此时物体的向心力是由静摩擦力提供。由于受到思维定势的影响，学生对物体维持匀速圆周运动所需的向心力是物体与台面间的静摩擦力感到迷惑；静摩擦力方向与物体的相对运动趋势方向相反，假如物体不受摩擦力，物体将沿切线方向向后，为什么静摩擦力的方向会沿半径指向圆心？学生产生这种模糊概念的主要原因，在丁•他们不理解摩擦力产生丁•相对台面运动的趋势，如果物体的运动是相对于地面，

3、那么地面上的观察者见到物体沿切线方向运动，但物体相对丁台面的运动趋势不是沿切线方向，而是沿着半径向外，因此物体与台面之间的摩擦力是沿半径方向指向圆心，与物体的运动方向垂直。为了给学生一个直观的感受,下而设计几种实验方法来说明。方法一、利用刷子演示a.实验思路刷子是显示静摩擦力的存在和方向的较好工具，所以能体现出静摩擦力的方向，给学生一个直观的感受。b.实验条件一套匀速转动的转盘装置、刷子c.实验要求该实验装置要求转盘转速较慢，并与刷子的摩擦力较大，而且刷毛不能太硬，不然效果不理想。d・实验方法和结果说明取一刷子放在匀速转动的转盘上。使刷子保持与转盘相对静止，此时发现刷毛发牛:了弯曲，这表明刷

4、毛与桌面之间有静摩擦力的作用,刷毛的弯曲方向就是刷子受到摩擦力的方向。方法二、利用水演示a.实验思路水是流体，能很好得体现出做离心运动时的运动方向。b.实验条件一套匀速转动的转盘装置、一玻璃杯、水c.实验要求转盘转速较慢，玻璃杯与转盘摩擦力较大。d・实验方法和结果说明取一装了水的玻璃杯，将之放在转盘上，当转盘不动的吋候水面是水平的，当转盘匀速转动的吋候，水面发生了倾斜，水面朝圆心测倾斜。说明匀速转动的水具有朝半径向外的运动趋势。方法三、利用小球演示a.实验思路让一个保持匀速圆周运动的小球向心力突然消失，小球做离心运动，记录此时小球的运动轨迹，以显示物体相对运动趋势的方向。b.实验条件一套匀速

5、转动的转盘装置、小球、细绳、墨水c.实验要求转盘转速较慢，小球蘸上墨水以留下离心运动的轨迹。d・实验方法和结果体现把一个连着绳子的小球系在转轴上，让小球同转盘一起做匀速圆周运动，此时把绳子烧断，观察小球的运动轨迹。为了让实验效果更明显，可以在转盘上预先画儿条半径，观察小球做离心运动的轨迹是否沿着该半径向外。就能说明相对运动趋势的方向。参考文献：[1]陈新•随圆盘转动物体的静摩擦力方向的判定•物理教师，2004,(25)・[21黄莹•一个判定静摩擦力的定性实验•物理通报，2003,(6).[3]阙明达•如何正确理解“相对运动趋势”•中国基础教育研究，2007,(3)・[4]刘纪康•相对运动的判

6、断•物理教学，2007,(29)[5]王相夷•静摩擦力的演示实验•中学物理，2000,(2).