甘肃省卓尼县柳林中学 747600
摘 要：导体棒在斜面导轨上静止或滑动问题是高中物理常见的物理模型，研究导体棒在斜面上受力与运动情况在整个高中物理学习过程中经常遇到，特别是电磁学学习中，导体棒处在匀强磁场中时，如果已经通电，就要研究通电导体棒受到安培力的大小和方向；如果没有电源已组成闭合的回路导体棒在重力或拉力作用下切割磁感线运动时不仅要研究运动导体棒产生的电动势问题，而且还要研究导体棒的安培力，甚至是功率及其能量转化。由于问题的综合性强，一般难度在中等以上，研究制作一套多功能斜面导轨模型用于电磁学斜面导轨类习题的处理，能够帮助学生掌握模型特点，理解安培力方向判断的左手定则，理解感应电流方向的右手定则。模型制作成功后用于高中物理教学过程中，完成预定实验，探究可以应用的新实验。
一、斜面导轨模型制作背景
高中物理电磁学的学习过程中，导体棒在磁场中运动问题是一种常见模型，全面透彻研究导体棒的受力情况及其运动对学好安培力、共点力平衡、牛顿第二定律、电磁感应等知识内容作用巨大。
高三物理第一轮复习进入电磁学时，在老师复习课中选讲的例题、学生练习的习题中，可能出现数十个电磁感应导轨问题，如导体棒在倾斜导轨上受到安培力，导体棒在导轨上下滑切割磁感线产生感应电动势，矩形方框沿斜面导轨运动产生电动势，安培力，能量转化等等电磁学问题。电与力学综合问题是练习的重点习题，更是高考重点考查的知识点。制作电磁导轨模型能帮助师生更好地理解斜面导体棒运动问题，为此我们研制出集多种功能于一身的“斜面导轨模型”。
二、设计制作斜面导轨模型
1.设计图纸
依据常见斜面导轨题目提供的图形出现的斜面倾斜角30度，37度，45度等来确定37度斜面倾斜角，结合上课时后排学生能够观察到实验现象，设计底边长60cm,立柱高35cm,斜边长54cm,组成侧视平面三角形两个，两部分在A、B、C、E、F、H点连接起来成为一个立体图形。
2.制作斜面导轨模
第一步，把设计图纸拿到个体铝合金加工厂加工，首先向铝合金加工师傅说明设计与制作斜面导轨模型的意图和用途、基本使用方法，提出制作要求（材料要求、工艺要求、时间要求等）。底座材料：立柱材料为25mm不锈钢方形管；斜轨使用外径25mm不锈钢圆管，磁感线材料使用电焊条内芯10根；导体棒使用外径18mm的不锈钢圆管，长度35cm两根，20cm两根；方管长度35cm两根，长度20cm两根；备用外径18mm的不锈钢圆管长度50cm两根。
第二步，指导铝合金师傅加工制作要求的模型。将设计好的图纸拿到铝合金加工厂，向工人师傅说明设计意图与思路，在学校课堂完成学生实验；搬运轻巧，外形美观大方，材质结实，经久耐用，焊接点打磨平滑。
第三步，修正成型。按照设计图纸对照做好的模型进行修正，使模型尺寸合理，使用方便，能够完成设想的全部实验。
第四步，现场模拟完成实验，检验模型功能。扩展用途，适当修改，增补部件，把18mm圆管两端粘贴硬白纸板堵住端口，再用红色笔分别画出点（·）、叉（╳）充当通电导体。把准备好的10只电焊条内芯细端捶打或者打磨成剪头用作磁感线。用制作玻璃门窗的方铝合金切割5个小方框备用。
第五步，成品模型拿回学校开展实验模拟。不断开发斜面导轨模型新功能，扩大使用范围；总结能够研究的物理问题及其方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
第六步，总结实验情况，形成完整材料。
三、用斜面导轨模型研究或模拟研究高中物理实验的课题与方法探究
1.用于高中物理斜面模型的认识：
（1）认识平面：斜面，水平底面，竖直平面（三个）。
（2）认识长度：斜面长，斜面宽，斜面高，底面长。
（3）认识角度：斜面倾角θ，顶角90°-θ，直角。
2.帮助学生复习与磁场有关的常用的数学知识：
（1）明确三角函数关系：Sinθ=a/c=高度/斜度，Cosθ=b/c=跨度/斜度 ，Tanθ=a/b=高度/跨度，Cotθ=b/a=高度/跨度。
（2）认识空间立体坐标系。上课时把三条代表磁感线的有箭头的细直金属条插入准备好的孔中，组成表示xyz轴的三维坐标系，学生观察后再让学生代表用三角尺测量任意两轴之间构成角度，认识空间三维坐标系的三条坐标轴两两相互垂直。
3.用于高中物理静力学和动力学中物体在斜面上受力情况及其运动情况的研究：
（1）金属棒在斜面上平衡实验。将斜面导轨模型置于水平桌面上，再把导体棒放在斜面导轨上止动条上方静止，分析导体棒受力情况：导体棒受到重力、垂直斜轨的支持力、平行斜轨的支持力、静摩擦力，四力合力为零。
（2）金属棒在斜面上加速下滑实验。把截面为四边形的导体棒轻放于斜面导轨止动条下方，导体棒沿斜面下滑，分析导体棒受力可知：导体棒受到重力、垂直斜轨支持力、平行斜轨向上的滑动摩擦力。由于摩擦力较小，合力沿斜轨向下，导体棒沿斜轨向下匀加速运动。
（3）导体棒在水平导轨上平衡实验。用备好的配件将斜面导轨模型底脚支起，使倾斜导轨水平，把导体棒放于水平导轨上静止不动，让导体棒在水平轨道上运动，分析导体棒受力情况。
四、研究结论
通过自制斜面导轨模型在高中物理学习过程中的应用研究，我们认为自制物理教具是培养师生创新思维与实践能力的有效途径，应用自制物理教具演示或者模拟物理实验，不仅补充了现有教具的不足，而且大大提高民物理实验开出率。应用自制教具开展实验习题研究，提高了学生观察实验能力，对学生理解能力有很大帮助，对于学生建立物理模型能力的培养也是有益的尝试。
五、研究心得
运用自制多用斜面导轨，不仅能够解决很多物理问题，更重要的是自己动手操作，感触更深，对各类问题的物理模型建立也有了比较系统的解决思路。
六、问题与讨论
如何通过教师制作物理教具补充物理实验，引导学生自制教具开展实验；通过学生小制作活动培养学生实践能力、创新精神，是我们今后研究的重点。
论文作者:刁万义
论文发表刊物:《中小学教育》2017年6月第282期
论文发表时间:2017/6/6
标签：斜面论文; 导轨论文; 导体论文; 模型论文; 安培力论文; 教具论文; 学生论文; 《中小学教育》2017年6月第282期论文;