有關(guān)高中物理實(shí)驗(yàn)拓展與完善
——以平拋運(yùn)動(dòng)為例

孫曉星

(江蘇省金山中等專(zhuān)業(yè)學(xué)校 222115)

在高中物理的實(shí)驗(yàn)中,平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)十分重要的實(shí)驗(yàn)，平拋運(yùn)動(dòng)是指在物體在只受到重力的環(huán)境下，且只有在水平方向上以一定的初速度所拋出物體形成的運(yùn)動(dòng)軌跡，我們?cè)谖锢砩戏Q(chēng)之為平拋運(yùn)動(dòng).在高中物理的平拋實(shí)驗(yàn)中,利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行深入探究,這對(duì)學(xué)習(xí)物理的學(xué)生而言能直觀得感受到物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的軌跡變化.本文就高中物理實(shí)驗(yàn)中的平拋運(yùn)動(dòng)為例,進(jìn)行簡(jiǎn)要分析.

一、平拋運(yùn)動(dòng)的理論基礎(chǔ)

在高中的物理理論中，平拋運(yùn)動(dòng)的相關(guān)知識(shí)是一項(xiàng)十分重要的物理知識(shí)，在很多情況下都能使用到的物理知識(shí).其定義為：物體在只受到重力環(huán)境下，以一定的初速度向水平方向拋出的物體所形成的運(yùn)動(dòng)軌跡，我們稱(chēng)之為平拋運(yùn)動(dòng).在物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，水平方向上的物體的受力情況為0，但是在水平方向上物體的初速度為v，在豎直方向上，物體并沒(méi)有初速度，但是由于受到重力影響，其在垂直方向上的受力是其本身的重力，我們通常稱(chēng)之為mg.在教師教授平拋運(yùn)動(dòng)時(shí),利于學(xué)生的學(xué)習(xí),教師應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)之前把平拋運(yùn)動(dòng)的各項(xiàng)理論向同學(xué)們教授清楚,這樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有助于學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)特征做一個(gè)全面分析，從物理角度而言，平拋運(yùn)動(dòng)就是兩種運(yùn)動(dòng)的結(jié)合體，在水平方向上時(shí)物體的勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上則是一種自由落體運(yùn)動(dòng)，二平拋運(yùn)動(dòng)就是這兩種運(yùn)動(dòng)的結(jié)合.因此在進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)計(jì)算的過(guò)程中，我們就可以進(jìn)行分別計(jì)算，再利用平行四邊形定則進(jìn)行核算.

二、對(duì)于教材上平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)分析

1.對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行拆解分析

平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)在高中課本中已經(jīng)給出了實(shí)驗(yàn)過(guò)程講解,在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中,第一步是對(duì)物體的選擇,平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)選擇的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是一個(gè)圓滑的球體,這樣在分析其平拋運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,就對(duì)其受到的其他外力的影響忽略不計(jì).第二步 就是進(jìn)行軌道設(shè)計(jì),在平拋過(guò)程中,一旦軌道的長(zhǎng)度不夠,不足以進(jìn)行多次試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的比對(duì)分析,在最后的結(jié)果上就可能出現(xiàn)偏差.使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際理論不符.第三步就是設(shè)計(jì)小球不同的初始速度,不同的初始速度能夠得到不同的結(jié)果,這樣就對(duì)實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析有了一個(gè)保障.最后一步則是將整個(gè)的實(shí)驗(yàn)器材放置在一個(gè)水平面上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們要一邊實(shí)驗(yàn)一邊記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).在將上述實(shí)驗(yàn)器材調(diào)試完畢后,還要將小球的下落區(qū)域背部放置一個(gè)紙板.這樣在小球下落后標(biāo)記小球的下落位置,在小球下落之后，在我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)階段時(shí)由于需要多組數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行分析,我們還應(yīng)提前在固定支架上固定一支鉛筆，這樣就可以通過(guò)調(diào)整鉛筆的高度來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),這樣得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不同的,就有了多組數(shù)據(jù)支持?jǐn)?shù)據(jù)分析.

2.教材中實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)

在教材給出的以上實(shí)驗(yàn)中,具有簡(jiǎn)單、易操作的特點(diǎn),并且以上的實(shí)驗(yàn)器材是相對(duì)容易獲取的,在教材提供的實(shí)驗(yàn)中,器材獲取比較容易就使得學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)空間比較大,甚至可以人手一套實(shí)驗(yàn)器材,這樣獲取的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)來(lái)說(shuō)就比較大,使得學(xué)生們能夠更容易的分析出平拋實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù).但是在教材提供的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，利用這樣得到的運(yùn)動(dòng)位置往往會(huì)與結(jié)論位置出現(xiàn)偏差,準(zhǔn)確性相對(duì)來(lái)說(shuō)較差,這樣實(shí)驗(yàn)我們所得到的運(yùn)動(dòng)軌跡一般情況下與理論上的運(yùn)動(dòng)軌跡有著不小的誤差.例如:

(1)在實(shí)際實(shí)驗(yàn)的操作過(guò)程中,為了能夠得到相對(duì)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)軌跡,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的操作人員就需要準(zhǔn)備很多一樣長(zhǎng)度的鉛筆而且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還需要不斷的對(duì)已使用過(guò)得鉛筆進(jìn)行削減，只有這樣才能保證我們能在小球落地后獲取到小球落地的準(zhǔn)確位置.這回增加實(shí)驗(yàn)難度和許多不必要的操作.

(2)小球在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中極易落空.本次實(shí)驗(yàn)在實(shí)際操作過(guò)程中,由于是利用鉛筆筆尖做的著陸點(diǎn)的記錄,但是在實(shí)際的操作過(guò)程中會(huì)不斷移動(dòng)鉛筆的位置,因此在進(jìn)行著陸點(diǎn)的記錄是可能會(huì)使得小球多次落空,因而不能畫(huà)出原有的著陸點(diǎn),從而影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度.

三、進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)優(yōu)化

1.實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)和優(yōu)化教材實(shí)驗(yàn)步驟

在進(jìn)行平拋實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,教材上的實(shí)驗(yàn)步驟而言,由于受到實(shí)驗(yàn)器材的限定,獲取平拋運(yùn)動(dòng)的精確位置相對(duì)來(lái)說(shuō)比較困難,因此我們對(duì)教材上的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化,我們可以借助其他工具來(lái)獲取平拋運(yùn)動(dòng)的精確位置,因此筆者結(jié)合相關(guān)資料進(jìn)行整理.具體步驟如下: 第一步我們是對(duì)已有的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行優(yōu)化，利用更加智能的設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn).比如說(shuō):平拋實(shí)驗(yàn)一體化設(shè)備和平拋實(shí)驗(yàn)?zāi)M平臺(tái)，這些設(shè)備都要比教材上的設(shè)備獲取到的信息更加精確，準(zhǔn)確度也高，獲取到平拋運(yùn)動(dòng)的物體著陸點(diǎn)相對(duì)精確,還能保證實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和規(guī)范性.但是這種實(shí)驗(yàn)器材一般造價(jià)較高,因此一個(gè)學(xué)校可能就 一臺(tái)兩臺(tái)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,實(shí)驗(yàn)設(shè)備的局限性就導(dǎo)致學(xué)生們不能全部進(jìn)行實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作,因此也在一定的程度上限制了平拋實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行.

2.對(duì)教材上的平拋實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化.

筆者通過(guò)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn),我們也可以在原有的實(shí)驗(yàn)器材上進(jìn)行升級(jí)改造，從而降低操作難度,以此來(lái)達(dá)到實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化目的.比如說(shuō)：我們?cè)趯?shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教材上的實(shí)驗(yàn)時(shí)，小球在下落后是小球觸碰筆尖來(lái)標(biāo)記小球的下落位置，我們可以將這一環(huán)節(jié)進(jìn)行升級(jí)改造，如果我們將小球的下落位置固定，然后再使用一些其他的手段進(jìn)行小球下落位置的標(biāo)記，我們就能盡量的減少小球在定位上的問(wèn)題.有效的提升實(shí)驗(yàn)效率.我們還可以利用細(xì)沙代替鉛筆筆尖,這樣在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中小球通過(guò)不同的著陸點(diǎn)著陸時(shí)就能相對(duì)精確的記錄小球的下落位置.并且這樣做的好處不僅僅如此,在小球降落到細(xì)沙上時(shí),小球不會(huì)發(fā)生位移,還不用進(jìn)行更換紙張來(lái)確定小球的著陸位置.利用細(xì)沙進(jìn)行替換紙張的操作能減少更換紙張的時(shí)間,縮短實(shí)驗(yàn)過(guò)程,提高實(shí)驗(yàn)效率.

3.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行記錄總結(jié),在完成實(shí)驗(yàn)后我們好對(duì)產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行分析.在高中的課堂實(shí)驗(yàn)過(guò)程總,我們不能完全按照教材上的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn).例如本文所研討的平拋運(yùn)動(dòng)為例,首先我們?cè)趯?shí)驗(yàn)之前就應(yīng)該做好充足的準(zhǔn)備工作,對(duì)實(shí)驗(yàn)的步驟進(jìn)行分解,這樣才能更好的了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程.也可以讓學(xué)生們進(jìn)行小組討論,或者是讓學(xué)生們多多與教師溝通,這樣對(duì)于我們對(duì)實(shí)驗(yàn)的完善,優(yōu)化整個(gè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)有著不小的作用.在實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中,一旦我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)誤差較大的情況時(shí),我們就應(yīng)該在第一時(shí)間進(jìn)行誤差的判斷,看實(shí)驗(yàn)誤差是具體出現(xiàn)在什么地方,及時(shí)分析出問(wèn)題的所在.最后我們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)規(guī)范實(shí)際操作者的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)規(guī)范,做到保證實(shí)驗(yàn)的能順利進(jìn)行.

綜上所述,本文對(duì)高中實(shí)驗(yàn)中的平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析,對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行了優(yōu)化,本文將這些問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單的優(yōu)化,使得整個(gè)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程能盡可能的準(zhǔn)確無(wú)誤，以保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性和效率性,讓學(xué)生們?cè)诟旧先ソ庾x平拋運(yùn)動(dòng),提升學(xué)生的知識(shí)水平.