淺談驗證機械能守恒定律實驗的突破

呂鋒鋒

【摘 要】物理是一門以實驗為基礎的自然科學，物理規律的得來通常是由實際問題抽象，實驗驗證的方式最后總結出來的，通過實驗教學也使得學生對于物理規律的接受起到了一個很好的過渡作用，由此可見實驗在物理教學中的重要性，本文主要以驗證機械能守恒實驗為例，從實際出發采用探究的方式增強學生實驗能力和科學素養。

【關鍵詞】物理實驗；探究；學科素養

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2018）33-0110-01

物理規律是通過對生活中的現象抽象而得來的，最后用實驗的方式驗證其正確性，因此，物理實驗教學非常重要，在高中的物理教學過程中，培養學生實驗的觀察能力，動手能力以及創新思維是實驗的教學目標，開展實驗教學，如何突破傳統的教師講實驗，或者觀看實驗視頻而落實到學生親自參與實驗獲得知識，增加證明物理規律成立的依據，提升學生研究物理的科學素養，下面筆者以自己參加物理實驗課比賽課堂實例談一下驗證機械能守恒定律實驗教學的四點突破。

突破一、用探究的方式進行驗證性實驗

學生物理實驗科學素養的養成需要我們從初中到高中慢慢來培養，如何制定實驗計劃，比如實驗目的、實驗原理、選擇實驗儀器等，學生沒有養成良好的科學實驗的思維，本節課筆者在設計的過程中以探究的方式加上教師以問題為引導手段，編寫導學案時提出了五部分的探究，分別是實驗原理探究 、實驗器材選擇探究 、實驗過程探究、實驗結論探究、實驗創新探究。

材料一 、 7.9《實驗：驗證機械能守恒定律》導學案節選

【探究學習】

一、實驗原理探究

二、實驗器材選擇探究

三、實驗過程探究

四、實驗結論探究

五、實驗創新探究：

這部分就是從生活中比較多的機械能守恒的實例中選擇出利用最簡單的自由落體運動來驗證機械能守恒定律，最終明確了實驗的設計是從實驗目的和實驗原理出發，選擇合適的實驗儀器，最后進行實驗和實驗結論的探究，在上課的過程中筆者是這樣設計的：

材料二、新課的引入

[教師活動]教師引導：能不能列舉一些的生活中簡單的機械能守恒的實例？

[學生活動]學生回答：物體的上拋、平拋運動、自由落體運動。

[教師活動]教師引導：很好，同學們回答的非常棒，但是物理是一門自然科學，物理規律不會因為某個人的身份或者地位而改變，不然，我們就會又犯亞里士多德一樣的錯誤，因此伽利略提出的用實驗研究物理規律是非常重要的，所以本節課我們要對上節課所學習的機械能守恒定律進行一個實驗驗證，大家覺得用剛才提出的那個實例研究起來比較方便？

[學生活動]學生回答：自由落體運動。

進行新課

實驗原理問題探究

① g 取多少？

② 如何在紙帶找到重錘下落對應的起始點？

③ 怎樣獲得重錘下落h時對應1位置的瞬時速度v？

探究結論：

[教師活動]教師引導：從實驗原理中得到實驗所需要的實驗器材

（3）實驗器材：打點計時器、重錘、紙帶、交流電源、木板、G型夾、刻度尺

（4）問題討論：

① 實驗中重錘的質量需要測量嗎？

② 實驗中需要秒表嗎？

通過這樣的方式調動了學生參與到課堂的探的究積極性，熟練了物理實驗的全過程，為以后開展實驗打下良好的基礎，以及養成良好的學科素養。

突破二、用學生演示加教師點評的方式培養學生觀察能力

本節實驗課的過程中，筆者采取了先由學生演示實驗，教師充當點評員的角色，學生觀察者的身份進行實驗演示環節。

材料三、進行實驗（實驗步驟）

[教師活動]首先由兩名同學進行按照實驗步驟進行演示實驗，教師充當點評員和同學們儀器觀察，并且及時提出學生要注意的事項。

注意事項：

（1）安裝打點計時器時，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。

（2）先打開電源，待打點穩定后釋放紙帶，釋放紙帶時手的位置不能發生變化。

[學生活動]三到四位學生為一小組進行合作開始分組實驗。

[教師活動]在教室巡視指導。

當實驗過程中出現重要的細節的地方，點評員重點說明，比如演示者在安裝完成紙以后，沒有突出紙帶與限位孔垂直，點評員讓學生停止說明這里要上下拉紙帶，看紙帶運動是否順暢，并且讓演示員當場實踐，再比如當演示者釋放織帶后，觀察者的學生提出了演示者釋放紙帶時手指和紙帶一起向下的操作不正確，并且指出手的高度不變化，手指瞬間松開的正確操作方式，如此觀察者的學生變得更加細心，發現實驗過程中出現問題及時提出，及時糾正，通過這樣一個過程使得學生有一個觀察的過程，增強學生實驗操作的意識，重點培養了學生的觀察能力。

突破三、用excel處理實驗數據增強技術應用和數據分析的準確性

進行實驗數據處理的過程中，課堂中學生提出了兩類比較傳統的處理實驗數據的方式，這樣處理實驗數據比較繁瑣，而且容易出現錯誤導致最終得不到正確的實驗結論，因此筆者在上課的過程中故弄玄虛，引發學生產生疑惑，提出了用excel的方式處理實驗數據，擬合曲線，使得數據的處理更加精確，并且當場利用學生的實驗數據進行演示，與學生自己得到的圖像進行對比，讓本節實驗課增添幾分樂趣，也使得學生對電腦應用的感知力增強。

材料四、[教師活動]通過本實驗，我們發現實驗數據的處理非常重要，如果處理不準確，會得不到正確的實驗結論，那么對于實驗數據的處理，有沒有其他方法可以減小誤差了？

[學生活動]學生回答：可以通過圖像的方法。

[教師活動]教師回答：非常正確，但是如果要做圖像，我們就要用坐標紙，在驗證機械能守恒定律時，如果以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據繪出的圖線應是通過坐標原點的一條直線，才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于重力加速度的數值，然而我們做出的圖像不是特別的準確，有沒有其他方法，做出更加準確的圖像了

[學生活動]學生疑惑中

[教師活動]教師回答：其實在我們的生活中，我們經常會用到Excel來制作各種表格，而它有一個很重要的功能就是畫函數圖像，并且擬合出函數關系，這樣會節省大量的時間，接下來老師給各位同學做一個演示，首先，我們請一位算出比較多數據的同學把他們小組的數據填寫到Excel表格中。（如果學生算出的數據比較少，可以將自己課前做好，并且算出的數據填寫到Excel中進行演示）

突破四、加強引導提出實驗創新

實驗完成以后，沒有局限于通過自由落體運動來驗證機械能守恒定律，而是通過談論減小實驗誤差的過程中，開闊學生的思維，讓學生自己討論得到實驗創新，比如學生提出用光電門代替打點計時器，這樣的改進使得實驗數據更加精確，依據更加可靠。

材料五、實驗誤差分析及實驗創新探究

[學生活動]學生討論：說明實驗存在誤差

[教師活動]教師提問：同學們回憶一下剛才自己在做實驗的過程中，可能出現的誤差在那些地方？

[學生活動]學生回答：重錘下落過程中要克服空氣阻力做功，紙帶和限位孔之間產生摩擦力，造成誤差，還有測量過程中有誤差。

[教師活動]同學們總結的非常好，接下來我們總結一下實驗過程中產生的實驗誤差。

1.偶然誤差：測量長度時會帶來誤差。

2.系統誤差：實驗中重物和紙帶下落過程中要克服阻力（主要是打點計時器的阻力）做功。

既然誤差對我們的實驗影響很大，我們能不能設計更好的實驗得到更加精確的實驗數據呢？

[學生活動]學生討論，分享討論結果，教師點評。

一節好的物理實驗課必須將學生的觀察能力、動手能力、創新思維能力的培養落到實處，學生在以后學習物理知識的過程中也就具備了應有的科學素養。因此，在以后的教學過程中，我們要嚴格推敲實驗教學的每一個環節，讓我們的物理實驗課更加高效。

參考文獻

[1]安忠，劉炳升.中學物理實驗教學研究[M].北京：高等教育出版社.

[2]邢紅軍 . 高中物理高端備課[M]. 北京：中國科學.