設計演示實驗解決追擊問題

樊利芳

(廣州市番禺實驗中學 廣東 廣州 511400)

追擊問題屬于綜合性較強而且具有實踐意義的一類習題，它的處理要求學生具有較高的抽象思維和推理判斷能力，要求學生建立起追擊過程的空間想像，所以對于剛剛踏入高中的學生來說，這個問題的理解比較困難．針對這種現象，筆者在教學實踐過程中設計了追擊問題的演示實驗，取得了較好的效果．

【例題】卡車以14 m/s的速度勻速向前行駛，前方50 m處一輛摩托車從靜止開始以2 m/s2的加速度起動，問：

(1)卡車是否會撞上摩托車?

(2) 如果沒有相撞，它們何時相距最近？

針對上述問題筆者設計實驗如下.

1 實驗器材

氣墊導軌，滑塊2個，氣源，數字計時器，光電門， 氣墊滑輪，小桶，游標卡尺，重錘，天平．

2 實驗裝置

圖1 氣墊導軌演示實驗裝置

3 實驗方法

(1)將光電門與數字計時器連接好并安裝在氣墊導軌上，打開數字計時器電源開關，選擇S1擋．

(2)在兩個滑塊的同一端各固定一個寬度相同的遮光片，啟動氣源向導軌送氣，將滑塊1輕放在導軌上，調整導軌到水平狀態．

(3)將重錘用細繩系好后固定在鐵架臺上，鐵架臺放在遠離氣墊滑輪的一端．調節細繩的長度，使其擺動過程中剛好可以撞擊滑塊1．

(4)將滑塊2輕放在導軌上，滑塊2上固定有自制刻度尺跟隨滑塊2一起運動．將滑塊2的一端用細線通過氣墊滑輪與小桶連接，另一端用細線與滑塊1的一端連接．

(5)在遠離氣墊滑輪的導軌末端系一根橡皮筋，橡皮筋的另一端固定一自制掛鉤．用掛鉤鉤住滑塊1的另一端，滑塊1，2系統便處于平衡狀態．在滑塊1前面附近固定一個光電門．

(6)將重錘拉起θ角由靜止釋放，重錘下落后撞擊滑塊1，掛鉤自動掉落，滑塊1獲得初速度后便在導軌上做勻速直線運動，通過光電門時計時器記下遮光片的擋光時間t．滑塊1開始運動的瞬間,連接在滑塊1，2間的細線松動，滑塊2便在小桶拉力作用下做初速度為零的勻加速直線運動．

(7)重復上面步驟，將光電門的位置調節到滑塊2的前面，直到滑塊2通過光電門的擋光時間也為t時，固定此時光電門的位置O．

4 課堂演示

重復上面第(6)、(7)步驟，演示滑塊1追擊滑塊2的過程．改變θ角多取幾組數據．

4.1 實驗結果分析

表1 實驗數據

比較上述數據可知,追擊過程中:兩滑塊的最短距離在理論上和實驗上的數值是比較接近的．

4.2 誤差分析

表中每組數據中的d′都是多次實驗的平均值，實驗過程中發現即使t相同時，d′還是有一定的差距．原因一：數字計時器的最小量程是0.1 ms，造成從7.70 ms到7.79 ms之間計時器均顯示7.7 ms，而實際上7.79 ms 時兩滑塊間的最短距離比7.70 ms時的最短距離大0.6 cm，所以導致了上表中出現的實驗值d′比理論值d大的情況；原因二：實驗中有一些數據比理論值還要小，因為在計算理論值時忽略了氣墊滑輪與細線間的摩擦力導致計算出的理論值d比實驗值d′要大一些．比如t=8.7 ms那一組數據，實驗時d′只做了3個數據，3個數據全部比理論值小．

5 實驗注意事項

(1)自制直尺需要用硬紙板做材料．

(2)將直尺固定在滑塊2上時要保持它們之間有少許距離且相互平行，這樣在滑塊1追擊滑塊2的過程中就不會出現直尺與滑塊1摩擦的情況，也不會出現直尺與光電門摩擦的情況．

(3)自制掛鉤最好用比較光滑的金屬做材料，且掛鉤的形狀接近直角形狀．掛鉤從下面勾住滑塊1，當重錘撞擊滑塊1時掛鉤就會自動掉落．掛鉤勾住滑塊1的位置要稍微偏一些，以免重錘正面撞擊到掛鉤影響實驗效果．

6 結論

對于學生來說，追擊問題中相距最遠或最近的問題理解起來比較困難．課堂教學中如果采用單純的理論推導，則對于學生抽象思維能力的要求比較高，往往造成教學效果不太理想．筆者通過設計課堂演示實驗形象直觀的展現了追擊的過程，再加上理論分析使學生更容易理解接受，而且在實驗過程中還培養了學生的觀察與分析問題的能力．