由“惯性”习题所想到的实验创新

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  教材实验:如图1,拨动左侧的弹簧片,当把小球与支座之间的金属片弹出时,上面的金属球不会随金属片飞出,而是掉到金属球正下方的槽内.
  这是一个演示物体具有惯性的有趣实验,这套器材实验室基本都有配备,所以教师在课堂上经常给学生做演示,通过演示,既激发了学生的学习兴趣,也为惯性知识的理解起到了很好的作用.
  紧跟的练习题目,有如下两例:
  思路分析:这里的研究对象是乘客(身体和脚),研究对象原来的运动状态是乘客(身体和脚)随汽车一起向前运动.研究对象的受力情况和运动状态变化情况:汽车刹车时,乘客的脚受车厢底板的摩擦作用,运动状态发生变化,由运动变为静止;乘客的身体在水平方向没有受到力的作用,由于惯性保持原来的运动状态继续向前运动,乘客的身体相对于脚向前运动,所以乘客向前倾倒.在上面演示实验的基础上,学生对上述解释很容易理解.
  例2在做匀速直线运动的列车车厢里,有位乘客抬头看到他的头顶上方棚上有一滴水即将下落,那么这滴水将( ).
  A.落在乘客正前方 B.落在乘客正后方
  C.落在乘客头上 D.落在乘客左方或右方
  思路分析:惯性是物体的属性,固体有惯性,液体也有惯性.分析此类型的问题不能只从定义上去分析,还要从特定的某一方向来分析.本题中,
  图3小水滴在竖直方向受重力作用,它只在这个方向上改变运动状态,使它下落的速度越来越快.水滴在下落的过程中,它在水平方向上没有受力,由于惯性仍保持原来的速度(相对车厢静止),所以要落在乘客的头上.答案为C.
  但对于例2的理解,学生遇到了思维障碍:运动的物体也有惯性?为此,我设计了一个创新实验,
  1.实验仪器及用品
  小车、木板制作的框架、电磁铁、电池盒装4节电池、导线、小钢球、电动机、学生电源、细线、小烧杯(50ml)、细沙.
  2.实验方法步骤说明
  (1)打开电动机,带动小车做匀速运动.
  (2)断开电磁铁的开关,小球下落到正下方的杯子(装沙)中,说明下落的小球在空中随小车继续前行,从而说明下落的物体也有惯性.
  3.实验创新点及其意义
  传统的惯性演示球只能演示物体在静止时有惯性,无法演示运动的物体(尤其是下落的物体)也有惯性.创新后的实验不仅能演示运动的物体有惯性,而且对“匀速车厢内下落物体的落地点”一类问题,提供了形象直观的认识.
  利用这套装置,学生轻松地理解了例2中的分析.解决类似例3的问题就比较容易.
  例3在无风的天气里,从水平匀速向右飞行的飞机上先后落下三包货物,若不计空气阻力,在地面上的人看到这三包货物下落过程中,在空中排列的情况应该是图中的( ).
  (A)
  (B)
  (C)
  (D)
  思路分析:货物从飞机上落下前,与飞机一起水平向右匀速运动,具有向前的速度,从飞机上先后落下后,由于无风,又不计空气阻力,因此水平方向上没有受到力的作用,由于货物具有惯性而保持水平方向上的匀速直线运动状态,即三包货物沿水平方向和飞机具有相同的速度,在水平方向上通过的路程相等.由于重力的作用,先落下的在最下面.故C是正确的.解答本题容易错选D,其原因是认为货物落下后,飞机以及在机上的货物向前运动,落下的货物只在竖直方向上运动,而没有考虑到货物由于在水平方向上不受力而保持原来的水平速度继续运动.解决本题的关键要明确货物落下后在水平方向上不受力,且具有惯性而与飞机以同样的速度向右飞行.
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