自制相对运动实验装置

原实验不足

“用相对于另一个物体的方向和距离来描述运动物体在某个时刻的位置”是3～4年级的学习内容。有关物体的运动，学生拥有丰富的生活经验，但这些经验往往存在一定的局限性。在四年级《车动了吗》一课教学中，部分学生在描述相对运动时，因为思维定式总以地面为参照物，无法理解运动物体间的相对静止；由于缺乏相对运动的实验装置，学生仅仅作为旁观者，通过观察图片和视频、依靠个人想象和分析把自己代入运动物体的视角，难以体会和感受相对运动或相对静止，这不利于他们构建相对运动知识。

实验器材

公交车、站台、学校、司机、乘客、树木等元素：利用激光切割设备，组建出学生非常熟悉的生活场景。

机器人小车：2辆有机器人模块提供动力的小车（模拟公交车），1辆无动力的小车。

无线摄像头：2个无线摄像头模拟人眼，可以根据需要安装在不同的位置，显示不同的视角。

显示器：实时显示无线摄像头看到的画面。

计时装置：轨道（1米长）的起点和终点装有2个光电传感器，记录小车通过的时间，并显示在计时器的屏幕上。

实验操作

1.相对运动实验

将无线摄像头摆放在路边并朝向马路（该摄像头模拟静止的路人），1号公交车从摄像头前方驶过。学生通过观察摄像头拍摄的画面，体会到以路人为参照物，在路上行驶的公交车是运动的。

将无线摄像头摆放在2号公交车上，摄像头朝向路边（该摄像头模拟公交车上的乘客）。启动公交车，学生观察摄像头拍摄的画面，体会以路边树木、路牌为参照物，在路上行驶的公交车是运动的。

通过编程调节1号公交车的车速为2号公交车的2倍，两车同向而行。将无线摄像头放置在1号公交车上并朝向2号公交车（该摄像头模拟快速行驶的公交车上的乘客），同时启动两辆公交车。学生观察摄像头拍摄的画面，体会以快速行驶的公交车为参照物，慢速行驶的公交车是向后运动的（如图1）。

2.相对静止实验

将无线摄像头放置在公交车上，并在摄像头前安装一块贴有乘客的挡板（该摄像头模拟公交车上的乘客），启动公交车，学生观察摄像头拍摄的画面，体会以车厢为参照物，车上的乘客是静止的。

准备一辆有动力公交车和一辆无动力公交车，两辆公交车之间用木板连接，以确保它们以相同的速度运动。将无线摄像头放置在有动力的公交车上，并朝向无动力公交车（该摄像头模拟有动力公交车上的乘客），在无动力公交车上安装一块贴有司机图案的挡板，且挡板朝向有动力公交车。启动公交车，两辆公交车以相同的速度同向而行。学生观察摄像头拍摄的画面，体会以相同速度行驶的车辆为参照物，车辆是相对静止的（如图2）。

3.选择不同参照物的相对运动实验

准备一辆有动力公交车和一辆无动力公交车，两辆公交车之间用木板连接，以确保它们以相同的速度运动。在无动力公交车上安装一块贴有司机图案的挡板，且挡板朝向有动力公交车。将两个无线摄像头安装在有动力的公交车上，其中一个摄像头朝向路边，另一个摄像头朝向无动力公交车。启动公交车，学生分别观察两个摄像头拍摄的画面，体会以路边景物为参照物，公交车是运动的；而以相同速度同向而行的车辆为参照物，公交车是静止的（如图3）。

4.相对速度实验

将两个无线摄像头安装在1号公交车上，其中一个摄像头朝向路边，另一个摄像头朝向公交车的前进方向。同时启动1号、2号公交车，使两辆公交车相向而行。学生分别观察两个摄像头拍摄的画面，比较两个画面景物变化的速度，体会两辆公交车相向而行时的相对速度比实际速度要快得多（如图4）。

5.测量小车的平均速度实验

轨道起点与终点相距1米，起点和终点各设有一个光电传感器，并与计时器连接。把一辆有动力的小车放置在轨道的起点处，同时启动计时器和小车，待小车通过终点后，记录此时计时器显示的时间。学生根据获取的数据，即可通过简单的计算得出小车的平均速度。学生可以通过编程改变小车的速度，进行多次实验，熟练掌握测量和计算小车平均速度的方法。

实验优点

实验现象可视化。借助无线摄像头及显示器，使抽象的相对运动变得具体、真实。通过无线摄像头获取的画面以第一视角呈现给学生，实现多种情境的真实呈现，学生仿佛置身其中，直观地感知相对运动或相对静止，有效地突破了教学难点。

实验操作简便。教具使用前，只需通过软件将显示器与无线摄像头连接好；实验中，通过改变无线摄像头放置的位置，即可创设多种实验情境，还可实现不同参照物之间的流畅切换。

实验内容拓展性强。该教具不仅能完成涉及相对运动知识的多个实验，还能完成测量小车运动速度实验。教师还能利用该教具创设更多的情境，进一步加深学生对相对运动的理解和应用。

外观设计生活化。该教具创设的相对运动情境均来源于学生的日常生活，采用公交车、站台、司机、乘客等元素，贴近学生的生活，让学生感受到生活中处处有科学。

（作者单位：广东省中山市黄圃镇吴栏小学）