李富恩 王曉梅 何彥雨

摘? ?要：平拋運(yùn)動是高中物理曲線運(yùn)動一章教學(xué)的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文將在課本的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，并把國家二期課改所引入的DIS這一現(xiàn)代信息技術(shù)手段應(yīng)用于此實(shí)驗(yàn)的教學(xué)當(dāng)中，探索高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新思路。

關(guān)鍵詞：平拋運(yùn)動;描點(diǎn)法;DIS實(shí)驗(yàn);探究

1? 引言

研究平拋運(yùn)動是人教版高中《物理·必修2》第五章第二、三節(jié)內(nèi)容。拋體運(yùn)動是自然界常見的運(yùn)動形式，平拋運(yùn)動是拋體運(yùn)動的一個特例。課本從實(shí)驗(yàn)的角度來探究平拋運(yùn)動的規(guī)律，提供了三個參考方案：

方案1：利用描繪小球平拋運(yùn)動的軌跡的斜槽和木板等實(shí)驗(yàn)裝置，讓小球每次從斜槽上同一位置滾下，用鉛筆的筆尖試探描出小球經(jīng)過的位置，將這些描出的點(diǎn)用平滑曲線連接起來，即得到小球運(yùn)動的軌跡。但是用這種方法尋找小球位置相對麻煩，有時一個點(diǎn)需要實(shí)驗(yàn)好多次，并且找到的軌跡點(diǎn)誤差還會比較大，甚至有時還會把筆尖砸斷。

案例2：水平噴出的細(xì)水柱觀察要及時，不容易記錄，還有學(xué)生不同角度觀察影響效果。水剛噴出離開細(xì)管時，形成的水柱是連續(xù)的，而且還比較粗，之后逐漸變細(xì)到最后還可能變成水滴，另外由于空氣阻力的作用，水柱的軌跡會逐漸偏離平拋曲線，在取點(diǎn)時一定要取離出口近的點(diǎn)。

案例3：利用數(shù)碼照相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)記錄小球的位置。

針對這些案例，在我校實(shí)驗(yàn)配置的基礎(chǔ)上，借助朗威DIS設(shè)備和系統(tǒng)，我們對課本的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)，最終成功利用實(shí)驗(yàn)直接在白紙上打出了小球的軌跡點(diǎn)，描出了平拋運(yùn)動的軌跡，并且定量驗(yàn)證了平拋運(yùn)動的規(guī)律。

2? 實(shí)驗(yàn)原理

（1）描繪小球平拋運(yùn)動的軌跡;

（2）建立平面直角坐標(biāo)系，根據(jù)軌跡上某點(diǎn)的坐標(biāo)x、y，由x=v0t、y=gt2得初速度v0=。

我?，F(xiàn)有的儀器是按照這個原理配備的，利用實(shí)驗(yàn)室的斜面小槽等器材讓小球從斜面上同一點(diǎn)滾下做平拋運(yùn)動。如果小球每次都能碰到筆尖，就說明位置找對了，用鉛筆描出小球的位置，用平滑的曲線連起來就得到平拋運(yùn)動軌跡。該實(shí)驗(yàn)的不足之處在于實(shí)際操作過程發(fā)現(xiàn)用筆尖找位置方法簡單，但不足之處有：1、筆尖易斷，2、小球容易落空。該案例實(shí)際操作中不能簡便[ 1 ]。

通過認(rèn)真思考，并與其他的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)如果能使小球自己撞到帶有復(fù)寫紙的白紙上，以上問題就迎刃而解。沿著這個思路我們一直思索。反復(fù)嘗試。 最后改進(jìn)成了此“平拋運(yùn)動改進(jìn)演示儀器” 結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，在白紙上打出的點(diǎn)特別清晰，如果每次移動的距離足夠短，打出的點(diǎn)足夠多，就能夠很清楚的看到白紙上的拋物線，非常直觀[ 2 ]。

3? 本節(jié)課用到的實(shí)驗(yàn)器材

傳統(tǒng)平拋運(yùn)動演示儀、小鋼球、鐵架臺、帶夾子的木板、復(fù)寫紙、A4紙、DIS平拋運(yùn)動演示儀及其配套設(shè)備、光電門、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)等。

4? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及過程

（1）引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)

在課前導(dǎo)學(xué)案中給出這道實(shí)驗(yàn)題目：某探究實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計了如下的研究平拋運(yùn)動的實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖所示，A是一塊水平放置的平面木板，在A板上等間隔地開鑿出一系列的平行的凹槽（圖2中P0P0′、P1P1′…），槽間距離均為d。B板也為一塊平面木板，在B板上面依次鋪上白紙和復(fù)寫紙，實(shí)驗(yàn)時依次將B板插入A板的靠近斜槽的第一插槽中，讓小球從斜軌的某一位置由靜止釋放當(dāng)小球落到復(fù)寫紙上，就在其后的白紙上留下一個痕跡點(diǎn).打完一點(diǎn)后，把B板向后插入下一槽中并同時向紙面內(nèi)側(cè)平移距離d。重復(fù)以上操作，就在白紙上打下了若干痕跡點(diǎn)，如圖所示。

讓同學(xué)們根據(jù)這個題目展開想象，設(shè)計一個能夠直接在白紙上打點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計過程如下：

①模仿例題劃線控制白板移動位置，我給出了坐標(biāo)紙。

②有同學(xué)發(fā)現(xiàn)按照例題中移動白板，相當(dāng)于沿著坐標(biāo)紙的方格對角線移動，于是畫出了一條對角線。

③既然想到了讓白板沿著對角線移動，那我們可以附上一木條，在白板上固定一個標(biāo)志（夾子），讓標(biāo)志物沿著木條移動即可。

（2）利用學(xué)生參與設(shè)計的實(shí)驗(yàn)教具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，如圖6。

實(shí)驗(yàn)步驟：

①調(diào)整儀器，讓斜槽末端水平，保證小球離開斜槽做平拋運(yùn)動;

②讓白板貼著斜槽末端，利用邊緣的重錘保證白板處于豎直狀態(tài)，讓小球從一定高度滾下，小球直接打到帶著復(fù)寫紙的白紙上，記錄下了小球的平拋起點(diǎn);

③讓白板上的夾子貼著木條，往后移動一小段距離，讓小球從相同高度滾下，再次打下一個點(diǎn);

④重復(fù)上述操作，移動的距離足夠小時，就能在白紙上打下密集的無數(shù)點(diǎn)痕。

完成了實(shí)驗(yàn)的第一步：觀察小球的落痕，清晰的看出小球的運(yùn)動軌跡非常接近拋物線，完美完成實(shí)驗(yàn)的第一步。

（3）利用打出的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，建立坐標(biāo)系，量出任意一點(diǎn)的橫、縱坐標(biāo)x、y，根據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律計算出平拋運(yùn)動的初速度v0。

（4）利用朗威 DISLab魔板（電磁定位系統(tǒng)）能夠自動記錄質(zhì)點(diǎn)的位置，大大簡化了實(shí)驗(yàn)過程，清晰直觀的呈現(xiàn)出質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的軌跡，達(dá)到本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)?zāi)康腫3]。朗威 DISLab魔板（電磁定位系統(tǒng)）由電磁定位板①（參見圖中標(biāo)號）、彈射器②、信號源③、接球底槽④、接球豎槽⑤、支架⑥及緊固件構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)中搭建好實(shí)驗(yàn)裝置，調(diào)節(jié)彈射器水平，使其卡槽與電磁定位板的上邊沿平行。連接至計算機(jī)，打開魔板專用軟件包，選擇“平拋運(yùn)動”。打開信號源電源開關(guān)，將信號源置于彈射器卡槽內(nèi)，點(diǎn)擊軟件“零點(diǎn)設(shè)置”。將信號源壓入彈射器內(nèi)，點(diǎn)擊軟件“開始記錄”，按下彈射器開關(guān)，軟件自動記錄信號源的平拋運(yùn)動軌跡。

點(diǎn)擊系統(tǒng)軟件中的“X”、“Y”，自動繪制數(shù)據(jù)點(diǎn)在X軸和Y軸的投影;點(diǎn)擊軟件“二次擬合”，即可得到平拋運(yùn)動軌跡符合二次函數(shù)關(guān)系。再次點(diǎn)擊軟件“加速度”，軟件自動繪制信號源水平方向和豎直方向分運(yùn)動的v-t圖，并計算出加速度。得出水平方向?yàn)閯蛩僦本€運(yùn)動。

?5? 總結(jié)與反思

實(shí)驗(yàn)中教材的要求是把斜槽末端標(biāo)記到坐標(biāo)紙上，作為平拋運(yùn)動的起點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)讓同學(xué)們直接感受到了平拋運(yùn)動的起點(diǎn)和斜槽末端的關(guān)系，并且能順利的分析出實(shí)驗(yàn)的計算誤差來源，達(dá)到了又一個教學(xué)亮點(diǎn)。

使用數(shù)字化傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來獲取一手實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，改善數(shù)據(jù)采集精度，提升實(shí)驗(yàn)效率。讓同學(xué)們深刻體會到教育技術(shù)的先進(jìn)性以及科學(xué)的魅力。首先，實(shí)驗(yàn)中用到的是電磁定位系統(tǒng)，能夠自動記錄并采集質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過的每一個位置——即平拋運(yùn)動的瞬時速度和平拋運(yùn)動的時間，另外系統(tǒng)還能方便計算出平拋的水平距離，大大增大了實(shí)驗(yàn)效率。

通過實(shí)驗(yàn)中小球的落點(diǎn)，能夠在底板上讀出水平位移，跟系統(tǒng)計算出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，突出實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。這種對比方法也是物理學(xué)的一種重要研究方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙露，王林.探究平拋運(yùn)動規(guī)律的實(shí)驗(yàn)設(shè)計[J].中國教育技術(shù)裝備，2016（21）：143-145.

[2]孟擁軍.“平拋運(yùn)動”教材比較與教學(xué)建模[J].教學(xué)與管理，2015（16）：47-49.

[3]麥樹榮，李彤，沈立平.有效整合學(xué)生活動 構(gòu)建物理高效課堂——以“平拋運(yùn)動”為例[J].課程教學(xué)研究，2012（11）：47-51.