欹器原理与现代教学

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  欹器是一种灌溉用的汲水罐器,是我国古代劳动人民在生产实践中的创造。欹器有一种奇妙的本领:未装水时略向前倾,待灌入少量水后,罐身就竖起来一些,而一旦灌满水时,罐子就会一下子倾覆过来,把水倒净,尔后又自动复原,等待再次灌水。欹器的原理对于高中物理“重心”的教学有很大帮助。在本文中,我做出其模型来和大家分享。
  一、设计制作原理
  该实验装置利用的是物体稳度与重心偏移原理,装置由圆台形铁皮盛水斗、转轴、转轴支架和接水槽组成,如图(1)。此装置的技术关键点是转轴位置的选择:要求当盛水斗为空时,其重心在转轴稍微偏右一点的A处,这样由于盛水斗自身重力的作用形成一个转动力矩,使盛水斗趋于平衡,形成倾斜,如图(2)。当盛水斗中有少量(约一半)水时,盛水斗整体重心移至B处形成稳定平衡,当盛水斗中的水量将近满时,重心移至图(1)中C的位置,由于重力的作用形成转矩,盛水斗必然翻转,倒出的水由接水槽接住。倒出水后,盛水斗能恢复到原状态,可反复操作。
  二、教学实践
  1.设置悬念:向罐中倒半杯水,罐中无水流出,继续加至一杯水,则管中流出一杯水。
  2.展示内部构造,阐述现象原因。
  3.得出影响重心的因素。
  4.重温历史。欹器的原始作用——一种灌溉用的汲水罐器。欹器的文化内涵——“座右铭”的由来。
  三、应用效果
  整体装置取材制作简单容易,演示起来非常有意思,适合不同年龄的学生,尤其对高中物理的“物体重心和稳度”的教学效果很好,不仅使学生掌握了知识,还增强了学生探索自然科学的兴趣。今天把它作为演示仪器,既可向学生演示其中包含的现代科学原理,又可向学生进行物理学史的教育,展示中华民族的古代文明,同时又寓儒家思想于其中,欹器“满则覆,中则正,虚则欹”的原理告诫了我们“满招损,谦受益,戒盈持满”的道理,从欹器装水的过程中我们可以看出,凡事做到恰到好处为最好。其实,做人又何尝不是如此呢?把欹器引入物理教学使德育教育与智育教育达到完美结合,是古人留给我们的巨大精神财富。
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