自制教具在初中物理力学演示实验中的设计与应用研究

摘  要：在初中物理教学中，力学是一个重要的组成部分。力学演示实验可以帮助学生直观地理解力学原理，提高学习兴趣和动手能力。然而，传统的力学演示实验设备往往价格昂贵，且不易操作。随着科技的发展和教育的改革，自制教具在力学演示实验中的应用越来越受到重视。本文旨在研究自制教具在初中物理力学演示实验中的设计与应用，以期为初中物理教学提供有益的参考。

关键词：自制教具；初中物理；力学演示实验；设计与应用

一、初中物理力学演示实验中自制教具的设计原则

（一）教育性原则

教育性原则是自制教具设计的首要原则。教具的设计需要符合教学目标，帮助学生理解和掌握物理力学知识。在设计过程中，要充分考虑如何通过教具展示物理现象，让学生在直观的实验中感受和理解物理规律。例如，在设计牛顿第一定律实验的教具时，可以考虑使用滑轮、小车等器材，让学生通过实验观察和理解物体在不受外力作用时保持静止或匀速直线运动的状态。

（二）实用性原则

实用性原则要求自制教具应具备简单、易用、可靠等特点。教具的设计应考虑到教师和学生的实际操作需求，避免过于复杂或难以操作的装置。在实用性原则指导下，教具应便于携带、存放和维护，同时能够适应不同教学场景的需求。例如，在设计力的平衡实验的教具时，可以采用易于切割和组合的硬纸片或泡沫材料，让学生在实验中更直观地观察现象和理解力的平衡条件。

（三）安全性原则

安全性原则是自制教具设计过程中不可忽视的重要原则。教具的设计应确保在使用过程中不会对学生和教师造成伤害。在设计过程中，要充分考虑教具的稳定性和安全性，避免使用易碎、有毒、有刺激性等危险材料【1】。此外，教具在设计时还应考虑到防止意外事故的发生，如采用防滑、防尘、防水的工艺和材料。通过严格遵循安全性原则，确保教具在实验过程中安全可靠。

二、初中物理力学演示实验中自制教具的设计方法

（一）利用废旧材料

废旧材料是制作自制教具的宝贵资源。通过充分利用废旧物品的特性，我们可以制作出具有实用价值的教具。例如，我们可以用废旧的塑料瓶、纸杯、木板等材料制作力学实验中的滑轮组、杠杆等装置。这样，既能实现资源的再利用，降低实验成本，又能激发学生的环保意识。在设计过程中，教师应引导学生充分发挥想象力和创造力，将废旧材料巧妙地转化为实验教具，使学生在实践中感受到物理的魅力。

（二）进行手工制作

手工制作是自制教具的重要环节。教师和学生在课堂上可以共同制作自制教具，这样既能够提高学生的动手能力，又能够增强师生之间的互动。在制作过程中，教师要引导学生掌握实验原理，明确实验目的，并根据实验需求设计教具。同时，教师应鼓励学生积极参与，充分发挥他们的主观能动性。

三、自制教具在力学演示实验中的应用分析

（一）摩擦力实验

在力学演示实验中，摩擦力实验是一个非常有趣的实验。通过这个实验，学生可以直观地观察到摩擦力的存在和影响因素。

首先，我们需要准备一些简单的材料，如木块、（装小石块）废塑料盒、钢尺和纸张等。然后，将木块放在水平桌面上，用钢尺轻轻推动木块，观察木块的运动情况。学生会发现，木块在推动时会缓慢地移动，这就是摩擦力的作用。接下来，我们可以通过改变接触面的粗糙程度来观察摩擦力的变化。我们可以将木块放在不同的表面上，如纸张、布料或玻璃板上，再次用钢尺推动木块。学生会发现，在不同表面上，木块的移动速度会有所不同，这是因为不同表面的粗糙程度不同，从而影响了摩擦力的大小。此外，我们还可以同时保持接触面的粗糙程度不变，用（装小石块）废塑料盒通过改变压力的大小来观察摩擦力的变化。 通过这个实验，学生可以深刻地理解摩擦力的概念和影响因素。同时，学生还可以通过这个实验来探究摩擦力的应用。例如，为什么我们在行走时要穿鞋底有花纹的鞋子？为什么汽车的轮胎上有花纹？通过实验，学生可以理解到，花纹可以增加接触面的粗糙程度，从而增加摩擦力，提高行走和驾驶的安全性。

（二）重力实验

在探讨自然现象及其对学生深入理解物理世界的教育价值时，重力实验无疑占据着举足轻重的地位。重力，这是自然界中一种神奇而普遍的力，它是物体因地球的吸引而受到的力，无所不在，贯穿我们日常生活的每一个角落【2】。它对人类和其他生物的生活、活动产生了深远的影响，是我们理解自然规律的重要环节。为了帮助学生们更深入地理解这一物理现象，教师可以巧妙地运用自制的教具，进行一系列生动的重力实验。

首先，我们可以考虑一个基础的重力实验——悬挂物体实验。在这个实验中，教师可以指导学生准备一系列不同质量的物体，如书本、石头、铁块等，并使用弹簧绳将它们逐一悬挂起来。在观察这些物体悬挂时，学生会注意到弹簧绳的伸长程度与悬挂物体的质量有着直接的关系。这一现象引导学生思考：为何不同质量的物体在地球表面受到的吸引力会有所不同？质量越大的物体似乎受到更强的重力作用？通过深入分析，学生可以得出结论：重力的大小取决于物体的质量。这一发现不仅有助于学生理解重力的本质，还能激发他们对天体物理学，如行星运动和宇宙引力等更复杂概念的兴趣。紧接着，教师可以进一步扩展实验范围，引入重力势能的概念。在这个环节中，教师可以鼓励学生准备不同质量、不同材质的物体，并让它们从相同的高度自由落下，观察并记录物体落地时的速度和声音。通过多次实验，学生会逐渐发现，物体的质量、下落的高度以及它们落地时的速度之间存在着某种神秘的联系。通过对比实验结果，学生可以归纳出一个重要的物理规律：重力势能与物体的质量和所处的高度成正比。这一发现对于理解物体在地球表面及其附近区域的各种运动至关重要。例如，为何掉落的苹果最终会落地？为何卫星能够围绕地球运行？这些复杂的现象背后，都可以追溯到重力势能与动能的转化。

结语：

总而言之，自制教具在初中物理力学演示实验中的应用具有重要的意义。教师应充分认识自制教具的优势，积极开展自制教具的设计与制作，提高自制教具的质量，使之更好地服务于初中物理教学。

参考文献：

[1]杨小刚.双减背景下应用自制教具促进初中物理课堂提质增效[J].炫动漫，2023（16）：0019-0021.

[2]高振坡，张爽.利用自制教具提高初中物理实验教学效果[J].实验教学与仪器，2023，40（10）：66-69.