對粵教版物理教材“通過小球經過兩個光電門得到v－t圖像”實驗的商榷

林炎龍 周 勇

（華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006）

粵教版高中物理教材已使用了多年，筆者在教學實踐中發現，高中物理（必修1）分冊第一章第6節“用圖像描述直線運動”中的“通過小球經過兩個光電門，得到v－t圖像”實驗（教材第20～21頁）存在以下兩處值得商榷的地方，現寫此文以期與同行探討，共同提高.

1 實驗探究表述不明確 學生疑惑多

小球沿著傾向斜鋁合金槽（或PVC線槽）向下滾動，如圖1所示.

在教學實踐中，我們發現大部分學生對此實驗的目的以及探究過程感到難以理解，疑惑較多.站在一名教師的角度，筆者認真研究了教材實驗的內容，我們不難知道編者的意圖是想通過數字計時器和兩個光電門的使用，得出小球沿斜面運動通過B，C兩個光電門時的瞬時速度、小球經過兩個光電門之間的時間以及B，C之間的位移，然后根據得到的實驗數據表描繪“小球運動的v－t圖像”，最后由實驗數據得出勻變速直線運動的物體在B，C兩點之間的平均速度等于其初速度與末速度之和的一半.

圖1 小球沿斜槽向下滾動

但是，教學的對象是學生，教材的編寫更重要的是考慮高一學生的認知特點.筆者歸納學生的困惑，學生難以理解的地方主要有：

（1）本實驗細節要求過多，容易讓學生產生困惑.比如教材中“表1－6－2小球經過兩個光電門實驗數據表”（如表1）中的“小球經過兩個光電門之間的位移s”項目是如何測量出來的？小球經過兩個光電門的速度是采用求得（D為小球的直徑），這種平均速度代表瞬時速度的思想學生容易理解嗎？會不會認為不夠精確呢？光電門發射的紅光與PVC線槽之間的距離應該與小球的半徑相等，學生會理解到嗎？

表1 小球經過兩個光電門實驗數據表

（2）結合表1實驗數據，學生注意到表中“小球經過光電門B的瞬時速度”是恒定不變的，可能學生會有這樣的疑問：測量B的瞬時速度意義何在？不如直接以小球運動起始位置計算更好？后者實驗操作和作圖都比較方便，也有利于利用圖像直接推導勻變速直線運動的平均速度公式.筆者認為，編者可能考慮到勻變速直線運動初速度不為零的一般性意義，但綜合比較實驗操作、數據作圖、實驗誤差等方面，兩種初速度位置的選取方式，孰優孰劣還有待進一步討論.

2 探究實驗數據表與v－t圖像不匹配 學生難以理解

細心的同學可以發現，教材中“表1－6－2小球經過兩個光電門實驗數據表”的實驗數據（如表1）與“圖1－6－6小球運動的v－t圖像”（如圖2）是不匹配的、不科學的.教材的設置容易讓學生產生以下難以理解的方面.

圖2 小球運動的v－t圖像

（1）v－t圖像的橫縱坐標物理量和單位沒有具體標明.觀察圖2，學生會產生這樣的疑問，這里橫坐標“t12”是什么物理意義呢？是時間的一半嗎？就算是時間的一半，也是錯誤的.數據的單位又是什么呢？但是教材并沒有具體給出.此外，為什么橫縱坐標值不標在坐標軸上，而要在另外的兩個分別平行于坐標軸的直線上標出呢？這樣容易讓學生找不出準確的縱軸截距，并且錯誤性地讀出初速度值.

（2）表1的5組數據跟圖2的7個數據點完全不匹配.這樣的圖表，一方面導致學生在閱讀圖表的時候難以理解、不知所然；另一方面容易讓學生產生是否編者捏造數據的嫌疑，對培養學生嚴謹的科學態度不利.

（3）勻變速直線運動的平均速度公式固然可以由教師引導學生“由實驗數據還可以發現”，但是在實際教學中，學生自己往往難以發現這樣的規律，最終導致了實驗數據和圖像的剝離，變成一味公式的記憶，而不是方法的掌握.既然做出了小球運動的圖像，本節也是學習用“圖像法”描述直線運動，那么為什么不引導學生利用現成的圖像來推導勻變速直線運動平均速度公式呢？比如直接利用圖像與橫軸的梯形面積除以時間即可求出小球平均速度，或者是做梯形中位線的方法來得出勻變速直線運動的平均速度公式.

3 總結與建議

粵教版課本原版是沒有“通過小球經過兩個光電門，得到v－t圖像”這一部分內容的，那再版時加入此部分內容的目的是什么呢？利用傳統的打點計時器研究勻變速直線規律，雖然過程繁瑣、數據處理麻煩，但是由于整個過程學生親身體驗，學生對于實驗探究的原理和步驟都比較熟悉，也有利于提高學生實驗動手能力；人教版物理（必修1）教材第二章第一節也介紹了“用計算機繪制v－t圖像”的方法，其利用Excel軟件的強大圖表功能，簡單快速地做出了運動物體的速度圖像.可見，傳統和現代的方法各有千秋，只要運用得當都可以幫助課堂教學.最后，筆者寫這篇文章的目的在于：通過學術討論，使這套富有特色的粵教版物理教材變得更加嚴謹、科學，也想使廣大教師在使用中引起注意，引導學生更高效地使用教材.

1 薛超.再論教材中一道練習題的解答.物理教師，2006，27（4）

2 閆智慧.對滬科版教材中三處問題的商榷.中學物理教學參考，2009（12）：10～11

3 劉巖.對物理新教材兩個約定的商榷.教學與管理，2008（7）：031