曹衛(wèi)華

(南通市小海中學(xué),江蘇南通 226015)

牛頓第二定律是力學(xué)知識(shí)的核心內(nèi)容,加速度是連接動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的一座橋梁.基于目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)高中物理教學(xué)中的地位以及對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)的能力要求的加強(qiáng),在教學(xué)中讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)探究的一般流程,即進(jìn)行合理猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究、進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論這一過程是很有必要的.筆者最近執(zhí)教了一堂關(guān)于“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)探究課.教學(xué)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析與處理上.下面簡要闡述這堂課的設(shè)計(jì)與操作,期盼同行們的合作與交流.

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈感來自于2007年江蘇高考題:如圖1,質(zhì)量為M的滑塊A放在氣墊導(dǎo)軌B上,C為位移傳感器,它能將滑塊 A到傳感器C的距離數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)上,經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后在屏幕上顯示滑塊 A的位移-時(shí)間(s-t)圖像和速率-時(shí)間(v-t)圖像.整個(gè)裝置置于高度可調(diào)節(jié)的斜面上,斜面的長度為 L、高度為 h.(取重力加速度g=9.8 m/s2,結(jié)果可保留1位有效數(shù)字)

圖1

該題中第2問為:此裝置還可用來驗(yàn)證牛頓第二定律,實(shí)驗(yàn)時(shí)通過改變________,可驗(yàn)證質(zhì)量一定時(shí),加速度與力成正比的關(guān)系;實(shí)驗(yàn)時(shí)通過改變_______,可驗(yàn)證力一定時(shí),加速度與質(zhì)量成反比的關(guān)系.

現(xiàn)行人教版高中物理教材中對(duì)于“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的探究是通過兩種方式進(jìn)行處理的:一種是利用兩輛小車的對(duì)比實(shí)驗(yàn),將加速度的比較轉(zhuǎn)化為相同時(shí)間內(nèi)位移的比較進(jìn)行處理,但是該方法由于實(shí)際操作時(shí)偶然誤差比較大,加之學(xué)生不易參與到實(shí)驗(yàn)中來,實(shí)驗(yàn)效果較差;另一種是利用托盤拖動(dòng)小車,結(jié)合打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶打點(diǎn),通過對(duì)打點(diǎn)紙帶計(jì)算求得加速度,進(jìn)而得出加速度 a與質(zhì)量m、力F的定量關(guān)系,但實(shí)驗(yàn)操作時(shí),由于不能很好地滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于托盤與砝碼的總質(zhì)量,系統(tǒng)誤差相對(duì)較大,再則實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長,教學(xué)效率較低.鑒于此,筆者結(jié)合該高考題,對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置做了重新設(shè)計(jì),具體實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示.

圖2

所用實(shí)驗(yàn)器材有:電子秤、數(shù)字計(jì)數(shù)器(可直接讀出加速度值)、光電門(兩個(gè))、氣墊導(dǎo)軌、滑塊、氣泵、玻璃墊片(厚度相同)、金屬砝碼.

圖3

表1

通過數(shù)據(jù)分析,學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn):在質(zhì)量 m一定的情況下,加速度a與力F大致成正比關(guān)系.除了數(shù)據(jù)分析以外,利用圖線分析可以比較直觀地觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,便于尋找事物之間的變化規(guī)律.學(xué)生通過作 a-F圖線(圖 4),發(fā)現(xiàn)該圖線是一條幾乎通過原點(diǎn)的傾斜直線.在誤差允許的范圍內(nèi)同樣可以得出:在質(zhì)量 m一定的情況下,加速度 a與力F成正比關(guān)系的結(jié)論.

圖4

表2

圖5

圖6

以上是筆者所設(shè)計(jì)的“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的探究課.實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛能和創(chuàng)新意識(shí)的有效途徑.作為物理教師,平時(shí)做一個(gè)對(duì)生活“留意”的人、對(duì)物理“思考”的人,就會(huì)發(fā)現(xiàn),物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈感來源途徑很多.