高中物理胡克定律探究實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

趙明月 鄒高大

【關(guān)鍵詞】 ?普通高中 物理 胡克定律 探究實(shí)驗(yàn)

【中圖分類(lèi)號(hào)】 ?G633.7 ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 ?A ? 【文章編號(hào)】 ?1992-7711（2019）22-140-02

一、引言

物理是自然科學(xué)領(lǐng)域的一門(mén)基礎(chǔ)性學(xué)科，旨在研究自然界物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確提出：“高中物理旨在落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)，進(jìn)一步提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)人類(lèi)科學(xué)事業(yè)的傳承與社會(huì)的發(fā)展?！迸c社會(huì)科學(xué)類(lèi)學(xué)科不同，物理學(xué)中存在眾多的抽象概念及繁雜的數(shù)學(xué)公式，需基于大量的實(shí)驗(yàn)觀察，通過(guò)數(shù)學(xué)等工具，構(gòu)建物理模型，經(jīng)推理論證進(jìn)而形成理論體系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)則可以化抽象為具體，形象的展示物理現(xiàn)象的變化規(guī)律，同時(shí)鍛煉學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，掌握科學(xué)研究方法，形成良好的思維習(xí)慣，因此實(shí)驗(yàn)操作已成為中學(xué)物理教學(xué)不可或缺的重要組成部分。理論教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示化抽象為具體，透過(guò)實(shí)驗(yàn)變化，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，形成更為直觀的物理概念，進(jìn)而利用物理規(guī)律解決問(wèn)題。

人教版《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·物理（必修）》中，第三章“相互作用”的第二節(jié)主要內(nèi)容為“胡克定律”，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究彈簧彈力與彈簧形變量之間的關(guān)系，對(duì)于后續(xù)理解彈力、重力等力學(xué)概念，掌握力的相互作用具有重要作用。

二、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，一般多是通過(guò)彈簧懸置的方法進(jìn)行測(cè)量，如圖1所示，彈簧一端固定于鐵架橫梁之上，另一端則連接砝碼，因重力緣故使得彈簧產(chǎn)生形變，最后通過(guò)直尺測(cè)量彈簧伸長(zhǎng)量。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

按照普通高中物理必修課程要求，“探究彈簧彈力和形變量的關(guān)系”屬于必做實(shí)驗(yàn)，若是教師在教學(xué)過(guò)程中僅僅局限于課本理論知識(shí)點(diǎn)，容易忽視對(duì)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，對(duì)于彈簧彈力的定量化關(guān)系難以形成直觀感知。教師可根據(jù)課堂需要適當(dāng)創(chuàng)設(shè)情境，對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究改進(jìn)，從而進(jìn)一步了解胡克定律。

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)方案的不足，設(shè)計(jì)了如下改進(jìn)方案，如圖所示，彈簧水平固定在立板的頂部，另一端通過(guò)細(xì)繩與定滑輪連接，細(xì)繩的末端則與砝碼勾和輕薄指針相連。當(dāng)砝碼勾掛上砝碼后，彈簧將會(huì)產(chǎn)生形變，進(jìn)而帶動(dòng)細(xì)針下降，即可在紙上描點(diǎn)。

a）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，移動(dòng)立板上的紙張，確保輕薄指針中心點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)重合，且指針與水平坐標(biāo)軸重合。

b）將砝碼掛在砝碼勾上，此時(shí)彈簧會(huì)發(fā)生形變，指針隨之下降，水平移動(dòng)紙張，使得指針與鄰近第一根虛線垂直相交，并進(jìn)行描點(diǎn)。

c）逐步增加砝碼，并重復(fù)步驟b）。最后對(duì)紙張上的描點(diǎn)進(jìn)行連線并擬合，即可得到彈簧彈力和形變量之間的關(guān)系，如下圖所示。

為了增加實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性，可更換彈簧重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可前后使用同一張紙張，從而分析得到不同彈簧的勁度系數(shù)差異。

在物理日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，以此激勵(lì)學(xué)生的探究興趣，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案相比，在節(jié)省實(shí)驗(yàn)耗材的情況下，不僅可以減少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理的工作量，還可以引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，積極參與實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力。

備注：本文系佛山市順德區(qū)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“基于發(fā)展物理核心素養(yǎng)的高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：SDGH2017053）的階段性成果。

[ 參 ?考 ?文 ?獻(xiàn) ]

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