陜西省西安市經(jīng)開(kāi)第一中學(xué)(710018) 孫 濤

1 設(shè)計(jì)意圖

在中學(xué)物理教學(xué)中，有很多學(xué)生難以理解的習(xí)題，教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)、總結(jié)，學(xué)生死記硬背，教學(xué)效果甚微。其中運(yùn)動(dòng)的分解，就屬于這類問(wèn)題，學(xué)生常對(duì)該如何分解速度搞不清楚或很難正確理解。一直以來(lái)，教師在處理該問(wèn)題時(shí)，常常告訴學(xué)生分解步驟：第一步確定合速度即實(shí)際速度；第二步將合速度沿繩端和垂直繩端分解。具體分解原因含糊不清，學(xué)生按部就班。教學(xué)中缺乏一定的實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生搭建思維臺(tái)階，降低學(xué)習(xí)難度。筆者借助數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，自制實(shí)驗(yàn)教具，有效突破了這一教學(xué)難點(diǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)背景

人用繩子通過(guò)定滑輪拉物體A，物體A穿在光滑的豎直桿上，當(dāng)以速度v0勻速地拉繩使物體A到達(dá)如圖1所示位置時(shí)，繩與豎直桿的夾角為θ，物體A實(shí)際運(yùn)動(dòng)的速度是( )。

圖1 實(shí)驗(yàn)圖示

圖2 運(yùn)動(dòng)分析

3 自制教具

3.1 制作材料

長(zhǎng)60cm、寬50cm的不銹鋼矩形支架，長(zhǎng)50cm的窗簾軌道2根，窗簾滑輪2個(gè)(模擬2個(gè)運(yùn)動(dòng)物體)，長(zhǎng)50cm、直徑2cm的PVC管2根，管卡2個(gè)，自制量角器，寬1cm的擋光片，DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，302膠，若干細(xì)繩等。

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置

(1)將2根窗簾軌道、PVC管分別固定于不銹鋼矩形支架上，2個(gè)滑輪置于窗簾軌道上，確保順利滑動(dòng)。

(2)管卡一側(cè)與光電門粘結(jié)，另一側(cè)卡于PVC管上，方便調(diào)節(jié)光電門的位置，以便獲取不同位置物體的速度。

(3)光電門數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集器連接，DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)記錄并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

(4)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖3所示，實(shí)物圖如圖4所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

(1)打開(kāi)DISLab實(shí)驗(yàn)軟件6.9版通用軟件界面。

(2)數(shù)據(jù)采集器第Ⅰ、Ⅱ通道分別與光電門1、2連接。

圖4 實(shí)物圖

(3)點(diǎn)擊“計(jì)算表格”出現(xiàn)t1、t2，輸入“變量”d，即擋光片寬度d＝0.01m，點(diǎn)擊“公式”，自定義公式，輸入v1＝d/t1、v2＝d/t2。如圖5界面所示。

圖5 軟件界面

(4)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置，使細(xì)繩與水平方向夾角θ分別為20°、30°、40°、50°，并固定光電門的位置，手拉小車，確保小車上固定的擋光片與光電門平齊。

(5)依次點(diǎn)擊“開(kāi)始”“結(jié)束”完成實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 理論值對(duì)照表

(6)數(shù)據(jù)分析

將上述實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與表1理論值比較?？梢钥闯?，該實(shí)驗(yàn)教具所得數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，充分說(shuō)明了將合速度沿繩端和垂直繩端分解的正確性和合理性。

5 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)教具，借助DIS實(shí)驗(yàn)其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，變定性分析問(wèn)題為定量驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)。同時(shí)為高中物理教學(xué)特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新的活力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生“自主、合作、探究”的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)探究素養(yǎng)起到了重要的促進(jìn)作用。