高中物理兩個實驗的改進(jìn)

張建標(biāo) 陳名霞

(莆田第二中學(xué) 福建 莆田 351100 )

1 引言

物理是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,又能加深學(xué)生對物理知識的理解,提高課堂教學(xué)效率,還可以培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、思維能力、動手能力以及終身學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的意識,培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度,促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展[1].隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步,教育裝備也在不斷更新,但教材中的一些傳統(tǒng)實驗還是用傳統(tǒng)的實驗器材,操作起來有些雖然簡便,但是存在數(shù)據(jù)處理非常麻煩、實驗現(xiàn)象不是很明顯、實驗器材在現(xiàn)實生活中不常見等問題.這就需要教師和學(xué)生在教學(xué)中,利用信息技術(shù)和生活中常用的材料對傳統(tǒng)的實驗進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn),使創(chuàng)新后的實驗現(xiàn)象更明顯,易操作,數(shù)據(jù)易處理,能提高教學(xué)效率.這樣的實驗教學(xué)既能落實教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)(培養(yǎng)了學(xué)生實驗探究創(chuàng)新能力),又能打造高效課堂,節(jié)約課堂實驗教學(xué)時間,實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo).

筆者在實際教學(xué)中對高中的兩個傳統(tǒng)實驗進(jìn)行研究,在實驗教學(xué)中發(fā)現(xiàn)不足,并利用現(xiàn)代先進(jìn)的教育裝備和生活中常用的生活用品對其進(jìn)行針對性地改進(jìn).

2 改進(jìn)驗證機械能守恒的實驗

2.1 教材中實驗分析和發(fā)現(xiàn)問題

圖1 教材中驗證機械能守恒實驗

2.2 實驗的改進(jìn)和創(chuàng)新

改進(jìn)后的機械能守恒實驗裝置如圖2所示.

圖2 改進(jìn)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(zhǔn)光電門,松開夾子,用DIS采集經(jīng)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(fā)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(fā)動機面前還是顯得調(diào)不成調(diào)，非常渺小。整個街道只聽到左小龍摩托車引擎的高轉(zhuǎn)速聲音，仿佛霧氣都被驅(qū)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(jīng)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(guī)律,還可以用來探究物體做自由落體運動的規(guī)律,從而實現(xiàn)一具多用.

(4)改進(jìn)后的實驗操作簡單,利用信息技術(shù)來處理數(shù)據(jù)更方便,從而實現(xiàn)信息技術(shù)與物理學(xué)科相結(jié)合,節(jié)約了實驗教學(xué)時間.

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

本實驗教具筆者建議在學(xué)生熟練操作傳統(tǒng)實驗的基礎(chǔ)上,作為課堂上的拓展性實驗,既能拓展學(xué)生的思維,又能提高學(xué)生的創(chuàng)新意識.

3 改進(jìn)探究圓周運動的速度方向?qū)嶒?/h2>

3.1 教材中實驗分析和發(fā)現(xiàn)問題

人教版高一物理課本“曲線運動”一章中[3],是讓學(xué)生通過觀察砂輪磨刀具時飛濺的火花,旋轉(zhuǎn)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(xué)時,不便操作,難于演示,學(xué)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(jìn)和創(chuàng)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(guī)等.

制作:如圖3所示.在木板上用圓規(guī)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(biāo)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(biāo)出AB兩點的位置,標(biāo)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(biāo)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(jìn)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(jié)果投影在電子屏幕上,實驗現(xiàn)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(xiàn)物理和生活相聯(lián)系,落實讓物理走向生活的教學(xué)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(xiàn)一具多用.

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