高中物理兩個實驗的改進

張建標 陳名霞

(莆田第二中學 福建 莆田 351100 )

1 引言

物理是以實驗為基礎的學科,不僅能激發學生學習物理的興趣,又能加深學生對物理知識的理解,提高課堂教學效率,還可以培養學生觀察能力、思維能力、動手能力以及終身學習和創新的意識,培養學生實事求是的科學態度,促進學生全面發展[1].隨著現代信息技術的進步,教育裝備也在不斷更新,但教材中的一些傳統實驗還是用傳統的實驗器材,操作起來有些雖然簡便,但是存在數據處理非常麻煩、實驗現象不是很明顯、實驗器材在現實生活中不常見等問題.這就需要教師和學生在教學中,利用信息技術和生活中常用的材料對傳統的實驗進行創新改進,使創新后的實驗現象更明顯,易操作,數據易處理,能提高教學效率.這樣的實驗教學既能落實教學中培養學生核心素養的目標(培養了學生實驗探究創新能力),又能打造高效課堂,節約課堂實驗教學時間,實現教學目標.

筆者在實際教學中對高中的兩個傳統實驗進行研究,在實驗教學中發現不足,并利用現代先進的教育裝備和生活中常用的生活用品對其進行針對性地改進.

2 改進驗證機械能守恒的實驗

2.1 教材中實驗分析和發現問題

圖1 教材中驗證機械能守恒實驗

2.2 實驗的改進和創新

改進后的機械能守恒實驗裝置如圖2所示.

圖2 改進后的機械能守恒實驗

2.2.1 實驗器材及制作

器材:鋁合金一條,光電門一個,速度傳感器一個,鐵架臺一臺.

制作:如圖2所示,圖中鋁合金的黑色部分為實心的,其他部分為縷空的,A、B、C、D、E部分用來替代遮光條,A、B、C、D、E部分要做得很窄,長度大概5 mm.AB的長度為20 cm,BC、CD、DE的長度為5 cm.

2.2.2 實驗操作步驟

(1)將A位置對準光電門,松開夾子,用DIS采集經過B、C、D、E點的速度和下落的位移.

(2)用電腦繪制出v2-h的圖像,如果斜率近似等于2g,即可驗證機械能守恒.

左小龍怔了幾秒，突然發動摩托車，掛入空擋，然后擰大油門。瞬間，引擎和排氣管的聲音蓋過了音樂。店老板一楞，不想左小龍還有這招，遂加大音量，但唱片機的音量在發動機面前還是顯得調不成調，非常渺小。整個街道只聽到左小龍摩托車引擎的高轉速聲音，仿佛霧氣都被驅開了一些，空氣也回暖了一些。

2.2.3 實驗說明

(1) 鋁合金的下端用實心流線型,目的是為了減小空氣阻力來減小實驗誤差.

(2)AB間隔比較大,目的是為了讓B、C、D、E鋁片的平均速度更接近于瞬時速度,從而使鋁片經過光電門時的速度測得更精確,減小實驗誤差.

(3)本實驗器材不僅可以用來探究物體做勻加速直線運動的規律,還可以用來探究物體做自由落體運動的規律,從而實現一具多用.

(4)改進后的實驗操作簡單,利用信息技術來處理數據更方便,從而實現信息技術與物理學科相結合,節約了實驗教學時間.

(5)本實驗不足之處是學生沒有體驗親自處理紙帶上數據的過程,無法鍛煉學生實驗數據處理的能力.

本實驗教具筆者建議在學生熟練操作傳統實驗的基礎上,作為課堂上的拓展性實驗,既能拓展學生的思維,又能提高學生的創新意識.

3 改進探究圓周運動的速度方向實驗

3.1 教材中實驗分析和發現問題

人教版高一物理課本“曲線運動”一章中[3],是讓學生通過觀察砂輪磨刀具時飛濺的火花,旋轉雨傘時雨滴飛出等實例,從而得出“圓周運動的速度方向是該點的切線方向”,但課堂教學時,不便操作,難于演示,學生得不到“眼見為實”的效果,沒有身臨其境的體驗[4].

3.2 實驗的改進和創新

3.2.1 實驗器材及制作

器材:木板一個,玻璃彈珠一個,黑色墨水少許,白紙一張,直尺、量角器、鉛筆和圓規等.

制作:如圖3所示.在木板上用圓規畫個圓,圓的一小部分不在木板上,用直尺畫出直徑AB,并用記號筆在AB點做上記號,標上A和B,用電鋸把圓鋸開,留下圓孔.

圖3 探究圓周運動的速度方向的器材示意圖

3.2.2 實驗操作步驟

(1)將實驗教具放在白紙上,玻璃彈珠粘上黑色墨水,從圓孔的一邊以一定的速度滾過去,在白紙上就留下了彈珠滾過的墨跡,如圖4中的(a)所示,并標出AB兩點的位置,標出彈珠飛出去的切點C.

圖4 探究圓周運動的速度方向的實物圖

(2)拿走實驗教具,用直尺畫虛線連接AB找出圓心的位置,標上O,并用虛線連接OC,用量角器量出OC與彈珠飛出去的直線的角度,剛好是90°,如圖4中的(b)所示,因此可以證明圓周運動的速度方向是該點的切線方向.

3.2.3 實驗說明

(1)改進的實驗教具,能在白紙上留下玻璃彈珠做圓周運動的軌跡圖,即留跡法,實驗操作簡單,教師可以在投影儀下操作,將實驗過程和結果投影在電子屏幕上,實驗現象很明顯.

(2)可以測出玻璃彈珠飛出的速度與圓周的半徑成90°,定量探究出物體做圓周運動的速度方向即為該點的切線方向.

(3)實驗器材是生活中常見的材料,實現物理和生活相聯系,落實讓物理走向生活的教學理念.

(4)該實驗教具還可以演示物體做曲線運動時的速度方向,實現一具多用.

本文中的兩個改進實驗希望能給教育工作者一定的幫助和啟發,同時也希望教師們利用實驗不僅僅是幫助學生理解物理概念和規律,也要善于發現教材中實驗的不足,積極思考改進,并鼓勵學生參與一起對實驗進行改進,培養學生的創新意識,實現真正意義上的科學探究,也是落實培養學生物理學科核心素養的一個途徑.