(江蘇省淮安市盱眙第一中學(xué),江蘇 淮安 211700)

1 問(wèn)題的提出

探究勻速直線運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律是初中物理教學(xué)的難點(diǎn)之一。原因在于勻速直線運(yùn)動(dòng)在現(xiàn)實(shí)生活中并不常見,找到便于在課堂教學(xué)中演示、探究的實(shí)例則更為困難。蘇科版八上物理教材創(chuàng)造性引入學(xué)生實(shí)驗(yàn)——研究充水玻璃管中氣泡的運(yùn)動(dòng),來(lái)探究勻速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律。相較于傳統(tǒng)做法,能夠很好地實(shí)現(xiàn)學(xué)生分組合作,體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程,培養(yǎng)觀察實(shí)驗(yàn)、邏輯思維等多方面學(xué)科關(guān)鍵能力。

然而,筆者在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn),該活動(dòng)由于可見度的限制，較適合學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中需翻轉(zhuǎn)玻璃管,學(xué)生操作不便,且翻轉(zhuǎn)動(dòng)作引起的晃動(dòng)會(huì)對(duì)氣泡運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響。雖然研究該方案的教師不在少數(shù),但多數(shù)人都將目光和精力聚焦在了對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)上,鮮有人提出更便于教學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案。

2 巧設(shè)方案

解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵,是要找到一個(gè)簡(jiǎn)單直觀、可探究性強(qiáng)的勻速直線運(yùn)動(dòng)的實(shí)例。筆者通過(guò)細(xì)心觀察和反復(fù)實(shí)驗(yàn),并對(duì)所得數(shù)據(jù)處理后發(fā)現(xiàn),投影幕布的升降運(yùn)動(dòng)近似為勻速直線運(yùn)動(dòng),而且速度較小,便于觀察和測(cè)量。更為巧妙的是借助PicPick軟件,可以直接在幕布上投影出標(biāo)尺,避免了教材實(shí)驗(yàn)需要在玻璃管壁上做標(biāo)記的繁瑣。

在幕布上升過(guò)程中,投影儀并未移動(dòng)，因此,幕布上的標(biāo)尺處于靜態(tài),不會(huì)隨幕布的升降而升降。PicPick軟件與投影幕布的創(chuàng)新結(jié)合,為研究勻速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律提供了可能,利用投影儀成放大實(shí)像的原理,幕布上的標(biāo)尺寬大而清晰,比一般的實(shí)物標(biāo)尺的可視性更好。這既為每位同學(xué)都能參與進(jìn)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程提供了保障,也在一定程度上為時(shí)間的測(cè)量減小了誤差。為了進(jìn)一步提高時(shí)間測(cè)量的精度,本方案采用了型號(hào)為PC3830A的電子計(jì)時(shí)器。

3 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

(1) 開啟投影儀,在無(wú)風(fēng)的環(huán)境中,將投影幕布降至最低位置,使其自然下垂。

圖1

(2) 打開WPS演示文稿,新建一頁(yè)無(wú)任何填充的空白文檔,頁(yè)面設(shè)置為全屏顯示。

(3) 啟動(dòng)PicPick軟件,點(diǎn)擊頁(yè)面上的“標(biāo)尺”按鈕,在電腦屏幕上顯示出標(biāo)尺。

(4) 將屏幕上標(biāo)尺移動(dòng)至空白幻燈片的正中央,并右擊標(biāo)尺將其單位設(shè)置成厘米。

(5) 右擊屏幕標(biāo)尺,將其顏色設(shè)置成黑色,與空白幻燈片形成強(qiáng)烈對(duì)比,便于觀察(如圖1)。

(6) 將電腦與投影儀相連,將已設(shè)置好的整幅頁(yè)面投影到幕布上。

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

(1) 選取幕布白色區(qū)域底端黑色邊框線為研究對(duì)象。也可用紅色毛線或紅色細(xì)長(zhǎng)紙條,在幕布白色區(qū)域底端拉一條水平紅線作為研究對(duì)象。

(2) 點(diǎn)擊幕布升降按鈕,使幕布完整升降數(shù)次,讓學(xué)生對(duì)其運(yùn)動(dòng)的快慢有一定感性認(rèn)識(shí),為以后有條不紊地測(cè)量運(yùn)動(dòng)時(shí)間作好準(zhǔn)備。

(3) 點(diǎn)擊幕布上升按鈕,仔細(xì)觀察研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況。并以屏幕標(biāo)尺上合適的刻度線為計(jì)時(shí)起點(diǎn)(筆者采用的是15.00cm刻度線),用計(jì)時(shí)器記錄下研究對(duì)象通過(guò)各個(gè)區(qū)間的時(shí)間。為幫助測(cè)量者更準(zhǔn)確地判斷研究對(duì)象到達(dá)測(cè)量位置的時(shí)刻,可借助演示文稿中的插入直線功能,依次在15-5之間的整刻度線上添加色彩明艷的橫線。

(4) 重復(fù)上述測(cè)量過(guò)程,獲取多組數(shù)據(jù),并對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)取平均值后填入表1中。

表1

(5) 借助圓規(guī)兩腳確定投影幕布上,標(biāo)尺相鄰整刻度的長(zhǎng)度,并用刻度尺測(cè)出其具體值,從而換算出投影儀對(duì)屏幕標(biāo)尺的放大倍數(shù)。(筆者在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,選取的區(qū)間長(zhǎng)度為1.00cm。經(jīng)測(cè)量,經(jīng)投影儀放大之后,實(shí)際長(zhǎng)度變?yōu)?.40cm,即表1數(shù)據(jù)中各區(qū)間的實(shí)際長(zhǎng)度為7.40cm)。

(6) 對(duì)表中數(shù)據(jù)作進(jìn)一步處理,計(jì)算出研究對(duì)象通過(guò)各區(qū)間的速度。在誤差允許的范圍內(nèi),投影幕布的上升過(guò)程近似為勻速直線運(yùn)動(dòng)。為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀,筆者建議數(shù)據(jù)處理可結(jié)合S-t與v-t圖像。

5 實(shí)驗(yàn)反思

若深究實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可將幕布的整個(gè)上升過(guò)程分為始、中、末三段。中間段較好地展現(xiàn)出勻速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,而始末階段略有偏差,初始階段速度稍小,末速度稍大。筆者認(rèn)為其可能的原因是:幕布電機(jī)的輸出功率恒定,初始階段整張幕布下垂,所受重力較大。幕布電機(jī)需提供更大的拉力,才能改變幕布原始的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而電機(jī)的輸出功率可表示為P=Fv。拉力大,速度小,開始時(shí)幕布緩慢加速且速度較小。而在末尾階段,幕布部分下垂,所受重力較小,電機(jī)所要提供的拉力相應(yīng)減小,輸出功率不變,則速度增大。在中段,幕布下垂的部分重力大小適中,拉力大小適中,幕布運(yùn)動(dòng)速度適中,電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。由此可見,始末階段的偏差,不能簡(jiǎn)單地歸咎為時(shí)間測(cè)量的誤差。

6 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)探究是學(xué)習(xí)物理的重要方式，探究性實(shí)驗(yàn)的器材越常見易得、步驟越簡(jiǎn)潔明了,越容易讓學(xué)生接受。本文旨在設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單易行的實(shí)驗(yàn)方案,讓學(xué)生在多感官參與、多維度體驗(yàn),自主建構(gòu)勻速直線運(yùn)動(dòng)的概念,歸納得出勻速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。實(shí)踐證明,使用本方案探究勻速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律,學(xué)生的積極性空前高漲，課堂的參與度與實(shí)效性都顯著提高。