探究“自由落體運(yùn)動的性質(zhì)”是高一物理第二章“自由落體運(yùn)動”一節(jié)中的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，許多教師往往借助頻閃照相捕捉定位、打點(diǎn)計(jì)時器在紙帶上打點(diǎn)定位或光電門定位計(jì)時等實(shí)驗(yàn)來研究，利用到“Δs=aT²”、“s—t圖像”或“s-t圖像”等位移方面的規(guī)律來定量探究。由于應(yīng)用頻閃照相和打點(diǎn)計(jì)時器研究，計(jì)時精度不高，誤差較大。應(yīng)用光電門研究，高一學(xué)生對“s-t圖像為拋物線”過渡到“s-t圖像為直線”的數(shù)學(xué)預(yù)備知識不足，數(shù)學(xué)處理難度較大，效果不太理想。筆者使用有光電門的自由落體實(shí)驗(yàn)儀(天津科教儀器廠生產(chǎn))，利用“v-t圖像”探究自由落體運(yùn)動的性質(zhì)，實(shí)驗(yàn)效果很好?，F(xiàn)介紹如下：

1 實(shí)驗(yàn)器材及操作過程

筆者選擇了由光電門來計(jì)時的自由落體實(shí)驗(yàn)儀(天津科教儀器廠生產(chǎn))研究，如圖1所示。將實(shí)驗(yàn)裝置安裝好，接通電源，利用重錘線調(diào)節(jié)裝置底座，使重錘線既要通過光電門發(fā)出的光線，也要通過支架上的中心軸線。把鋼球放在電磁吸球器的下面，鋼球被吸住。按下“放球”按鈕，電磁吸球器斷電，小球沿豎直方向做自由落體運(yùn)動，通過固定在支架上的光電門。一般要在鋼球下落的過程中選擇4到6個位置進(jìn)行測量研究，這樣就需要讓鋼球下落8到12次。

將計(jì)時器的選擇開關(guān)扳到“同步”，讓電磁吸球器斷電，同時鋼球開始下落計(jì)時器同步計(jì)時，到鋼球通過研究位置處的光電門計(jì)時結(jié)束，這樣得到運(yùn)動時間t，從計(jì)時器的顯示屏上讀出數(shù)據(jù)，可以讀到1／1000s。瞬時速度通過平均速度來解決，我們知道當(dāng)物體通過一段很小位移所需要的時間很短，這段時間的平均速度就近似等于瞬時速度。實(shí)驗(yàn)中，把兩個光電門用橡皮筋捆綁在一起，測得兩個光孔的豎直距離l很小，只有22mm，把它們固定在豎直立柱的某一研究位置上，將計(jì)時器的選擇開關(guān)扳到“光控”，光電計(jì)時器數(shù)據(jù)清零，讓電磁吸球器斷電，鋼球下落，當(dāng)鋼球下落通過第一個光電門計(jì)時器開始計(jì)時，到鋼球通過第二個光電門計(jì)時結(jié)束，在計(jì)時器的顯示屏上讀出通過兩個光電門的時間間隔Δt(通常只有幾ms～十幾ms)。應(yīng)用公式v=l／Δt，可得某研究位置的瞬時速度v。多次改變光電門的位置，重復(fù)測量，就可以得到多組數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

通過實(shí)驗(yàn)，可以獲取許多組數(shù)據(jù)。我在湖北十堰參加省級教學(xué)大賽時測量的數(shù)據(jù)，如表1。

數(shù)據(jù)表格（光電門1、2的距離l=22mm）

鋼球的運(yùn)動時間t_n和通過光電門1、2的時間Δt_n是實(shí)驗(yàn)過程中直接獲取的數(shù)據(jù)，瞬時速度v是通過公式v=l/Δt計(jì)算得到的。從數(shù)據(jù)可以看出，v隨t的增大而增大，且在誤差允許的范圍內(nèi)v／t是一個定值，也就是說，自由落體運(yùn)動是勻變速直線運(yùn)動。

把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入至Flash制作的課件中，對v與t的關(guān)系進(jìn)行圖像處理，如圖2所示。

從圖2中看到：v-t圖像是一條過原點(diǎn)的傾斜直線。從而得山結(jié)論：自由落體運(yùn)動是初速為零的勻加速運(yùn)動。

我們還利用數(shù)據(jù)粗略的計(jì)算了自由落體加速度，一是根據(jù)數(shù)據(jù)直接得到比值g=v／t，二是利用得到的v-t圖像處理，通過圖線的斜率計(jì)算得到g，如圖3所示。

3 實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)

（1）自由落體運(yùn)動的模型清晰，探究過程體現(xiàn)了科學(xué)研究的思想和方法，操作方便流暢，數(shù)學(xué)處理簡便，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較小，教學(xué)效果很好。

（2）符合高一學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)際，與物理和數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容銜接較好。物理第一冊教材第二章的前面部分、介紹了瞬時速度及其速度圖像，該方案恰好是對這些知識的應(yīng)用。如果探究勻變速直線運(yùn)動的s-t圖像，高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)沒有明確要求，學(xué)生的數(shù)學(xué)知識預(yù)備不足，有些勉強(qiáng)。

（3）符合中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)對“v-t圖像”這一知識點(diǎn)的要求，課程標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定“v-t圖像”為B級知識點(diǎn)。得到v-t圖像后可以粗略計(jì)算自由落體加速度，結(jié)合多媒體課件教學(xué)直觀快捷準(zhǔn)確。

(欄目編輯王柏廬)