高中物理兩個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)物理知識(shí)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(dòng)手能力以及終身學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)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(shí)驗(yàn)還是用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材,操作起來(lái)有些雖然簡(jiǎn)便,但是存在數(shù)據(jù)處理非常麻煩、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不是很明顯、實(shí)驗(yàn)器材在現(xiàn)實(shí)生活中不常見(jiàn)等問(wèn)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(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn),使創(chuàng)新后的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)既能落實(shí)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(shí)驗(yàn)探究創(chuàng)新能力),又能打造高效課堂,節(jié)約課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間,實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo).

筆者在實(shí)際教學(xué)中對(duì)高中的兩個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究,在實(shí)驗(yàn)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(duì)其進(jìn)行針對(duì)性地改進(jìn).

2 改進(jìn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒的實(shí)驗(yàn)

2.1 教材中實(shí)驗(yàn)分析和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

圖1 教材中驗(yàn)證機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)

2.2 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新

改進(jìn)后的機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示.

圖2 改進(jìn)后的機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)

2.2.1 實(shí)驗(yàn)器材及制作

器材:鋁合金一條,光電門一個(gè),速度傳感器一個(gè),鐵架臺(tái)一臺(tái).

制作:如圖2所示,圖中鋁合金的黑色部分為實(shí)心的,其他部分為縷空的,A、B、C、D、E部分用來(lái)替代遮光條,A、B、C、D、E部分要做得很窄,長(zhǎng)度大概5 mm.AB的長(zhǎng)度為20 cm,BC、CD、DE的長(zhǎng)度為5 cm.

2.2.2 實(shí)驗(yàn)操作步驟

(1)將A位置對(duì)準(zhǔn)光電門,松開夾子,用DIS采集經(jīng)過(guò)B、C、D、E點(diǎn)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(yàn)證機(jī)械能守恒.

左小龍怔了幾秒，突然發(fā)動(dòng)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(guò)了音樂(lè)。店老板一楞，不想左小龍還有這招，遂加大音量，但唱片機(jī)的音量在發(fā)動(dòng)機(jī)面前還是顯得調(diào)不成調(diào)，非常渺小。整個(gè)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(shí)驗(yàn)說(shuō)明

(1) 鋁合金的下端用實(shí)心流線型,目的是為了減小空氣阻力來(lái)減小實(shí)驗(yàn)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(shí)速度,從而使鋁片經(jīng)過(guò)光電門時(shí)的速度測(cè)得更精確,減小實(shí)驗(yàn)誤差.

(3)本實(shí)驗(yàn)器材不僅可以用來(lái)探究物體做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,還可以用來(lái)探究物體做自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,從而實(shí)現(xiàn)一具多用.

(4)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單,利用信息技術(shù)來(lái)處理數(shù)據(jù)更方便,從而實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與物理學(xué)科相結(jié)合,節(jié)約了實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間.

(5)本實(shí)驗(yàn)不足之處是學(xué)生沒(méi)有體驗(yàn)親自處理紙帶上數(shù)據(jù)的過(guò)程,無(wú)法鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的能力.

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

3 改進(jìn)探究圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向?qū)嶒?yàn)

3.1 教材中實(shí)驗(yàn)分析和發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

人教版高一物理課本“曲線運(yùn)動(dòng)”一章中[3],是讓學(xué)生通過(guò)觀察砂輪磨刀具時(shí)飛濺的火花,旋轉(zhuǎn)雨傘時(shí)雨滴飛出等實(shí)例,從而得出“圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向是該點(diǎn)的切線方向”,但課堂教學(xué)時(shí),不便操作,難于演示,學(xué)生得不到“眼見(jiàn)為實(shí)”的效果,沒(méi)有身臨其境的體驗(yàn)[4].

3.2 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新

3.2.1 實(shí)驗(yàn)器材及制作

器材:木板一個(gè),玻璃彈珠一個(gè),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(gè)圓,圓的一小部分不在木板上,用直尺畫出直徑AB,并用記號(hào)筆在AB點(diǎn)做上記號(hào),標(biāo)上A和B,用電鋸把圓鋸開,留下圓孔.

圖3 探究圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向的器材示意圖

3.2.2 實(shí)驗(yàn)操作步驟

(1)將實(shí)驗(yàn)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(guò)去,在白紙上就留下了彈珠滾過(guò)的墨跡,如圖4中的(a)所示,并標(biāo)出AB兩點(diǎn)的位置,標(biāo)出彈珠飛出去的切點(diǎn)C.

圖4 探究圓周運(yùn)動(dòng)的速度方向的實(shí)物圖

(2)拿走實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)的速度方向是該點(diǎn)的切線方向.

3.2.3 實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

(1)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教具,能在白紙上留下玻璃彈珠做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡圖,即留跡法,實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單,教師可以在投影儀下操作,將實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果投影在電子屏幕上,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很明顯.

(2)可以測(cè)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(yùn)動(dòng)的速度方向即為該點(diǎn)的切線方向.

(3)實(shí)驗(yàn)器材是生活中常見(jiàn)的材料,實(shí)現(xiàn)物理和生活相聯(lián)系,落實(shí)讓物理走向生活的教學(xué)理念.

(4)該實(shí)驗(yàn)教具還可以演示物體做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度方向,實(shí)現(xiàn)一具多用.

本文中的兩個(gè)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)希望能給教育工作者一定的幫助和啟發(fā),同時(shí)也希望教師們利用實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的不足,積極思考改進(jìn),并鼓勵(lì)學(xué)生參與一起對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),實(shí)現(xiàn)真正意義上的科學(xué)探究,也是落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的一個(gè)途徑.