郑国利

研究背景

高中《物理》（必修2）第5章第7节“生活中的圆周运动”，涉及汽车、火车在水平面、倾斜面转弯等圆周运动问题，并要求运用牛顿定律进行定性和定量分析。现行教材是让学生观看汽车、火车、飞机转弯的图片或视频，然后加以理论分析和讨论。在教学中，需要帮助学生理解哪些力提供了汽车或火车转弯时所需的向心力；探究汽车或火车在不同倾角的路面上或不同转弯半径的路面上转弯时，以多大速率运动才能使得对轮子的磨损最小，或如何防止出轨等问题。但当前缺乏能较好地展示出此类现象的演示教具。为此，我设计制作了“探究最佳转弯速率演示器”。

设计方法

本项目所述汽车和火车均采用汽车轮子模型和火车轮子模型代替，以减小汽车或火车体积，更好地在课堂中演示汽车或火车转弯原理。

演示器的动力部分选用减速电机，可遥控式调节电机转速。在减速电机的转轴中心孔内插有1根竖直支撑杆，并用1条短滑轨夹住电机的转轴。短滑轨上另套装有1个半圆弧形支撑架，支撑架上固定1条长直旋转杆。长直旋转杆的一端安装无线力传感器和平衡锤，另一端伸长出去并安装1个平台。该平台的旋转半径可以任意调节，平台上安装有火车的轨道模型，在两轨道模型之间设置为汽车的公路模型（路面的摩擦系数可以改变），实现演示汽车与火车转弯现象时共用同一场地。在轨道模型内侧和外侧安装有声光报警器，可探测汽车或火车转弯时是否脱轨。……