(江蘇省常州市常州外國(guó)語(yǔ)學(xué)校,江蘇 常州 213031)
課本設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)利用小車(chē)從斜面下滑撞擊木塊,通過(guò)木塊滑行距離體現(xiàn)小車(chē)動(dòng)能大小,并進(jìn)一步探究“動(dòng)能大小與物體質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度的關(guān)系”。設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)單合理,學(xué)生操作也方便。但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn):小車(chē)下滑撞擊木塊的軌跡會(huì)發(fā)生變化,穩(wěn)定性不夠,原因如下:(1) 同一輛小車(chē)前后兩次下滑,由于受到斜面平整度、摩擦力等因素的影響會(huì)使其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變;(2) 運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變會(huì)導(dǎo)致小車(chē)撞擊木塊時(shí)撞擊部位的變化;(3) 木塊受撞擊部位和水平面粗糙度的不同,導(dǎo)致不能確保其運(yùn)動(dòng)方向?yàn)橹本€(xiàn),從而影響實(shí)驗(yàn)測(cè)量與比較。
針對(duì)實(shí)際操作中出現(xiàn)的問(wèn)題,筆者改進(jìn)了實(shí)驗(yàn),需要的實(shí)驗(yàn)器材有:斜面、包邊卡條、質(zhì)量不同的金屬小球、圓形木棍。
改進(jìn)的思路是:(1) 為提高撞擊的穩(wěn)定性,利用家裝材料中的包邊卡條在斜面上安裝軌道,連接到水平桌面上(如圖1)。(2) 用金屬小球代替小車(chē)從軌道中下滑,用圓形木棍代替木塊放置于水平軌道的一端,小球撞擊木棍,推動(dòng)木棍在水平軌道中移動(dòng),從而進(jìn)行探究。
通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)此設(shè)計(jì)存在以下優(yōu)點(diǎn):(1) 借助于包邊卡條做成的軌道,小球和木棍的運(yùn)動(dòng)軌跡清晰,路徑確定,避免了摩擦力和接觸面平整度的影響,提高了探究的有效性;(2) 借助于軌道的約束,確保小球撞擊木棍過(guò)程中撞擊位置相同,進(jìn)一步排除其他影響因素,控制潛在變量,提高了探究的可靠性;(3) 選擇合適的金屬小球和圓形木棍,結(jié)合兩種材質(zhì)的特點(diǎn),使之發(fā)生完全非彈性碰撞,小球能夠推著木棍運(yùn)動(dòng),使學(xué)生感受到做功的過(guò)程,凸顯能量的概念;(4) 做好的軌道也便于學(xué)生進(jìn)行測(cè)量,實(shí)驗(yàn)更加準(zhǔn)確可靠。
圖1
在探究“質(zhì)量對(duì)動(dòng)能大小的影響”過(guò)程中,應(yīng)控制撞擊瞬間速度相同,課本中“信息快遞”說(shuō)明:質(zhì)量不等的小車(chē)從斜坡的同一高度釋放,運(yùn)動(dòng)到水平面時(shí),它們的速度大小相等。由于涉及高中物理知識(shí),初中階段無(wú)法給出理論推導(dǎo),但實(shí)際演示時(shí)又難免出現(xiàn)偏差,給學(xué)生造成了一些認(rèn)知困難,很多時(shí)候教師在講解時(shí)也是一帶而過(guò),或是硬性灌輸知識(shí),效果往往不佳。
筆者在斜面和水平軌道銜接處安裝數(shù)字化測(cè)速儀(如圖2),測(cè)量小球進(jìn)入水平面時(shí)的初速度,通過(guò)數(shù)據(jù)強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于該知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)知,突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的局限,幫助學(xué)生攻克該實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知難點(diǎn),使學(xué)生知道:在斜面的同一高度釋放物體,可使不同質(zhì)量的物體獲得相同的水平速度。同時(shí),借助于測(cè)速儀,還可以
進(jìn)一步測(cè)量數(shù)據(jù),驗(yàn)證同一物體在斜面釋放的高度越高,進(jìn)入水平面時(shí)速度越大等結(jié)論。
圖2
圖3
在課本的探究“重力勢(shì)能大小影響因素”的實(shí)驗(yàn)中,利用重物自由下落撞擊樁(小桌子),觀(guān)察樁在沙坑中下陷的程度來(lái)反映重力勢(shì)能的大小。類(lèi)似于斜面實(shí)驗(yàn),在實(shí)際操作過(guò)程中也存在穩(wěn)定性問(wèn)題,如重物下落軌跡不穩(wěn)定、撞擊面容易發(fā)生偏差、小桌子下陷時(shí)傾斜等。
筆者也對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn),需要的實(shí)驗(yàn)器材有:長(zhǎng)短不同的PVC透明塑料硬管、花泥、質(zhì)量不同但大小相同的圓柱形金屬塊(如圖3)。
利用PVC透明塑料硬管給重物提供下落軌道,把撞擊小桌子改成直接撞擊花泥,通過(guò)觀(guān)察花泥的下陷程度反映金屬塊的重力勢(shì)能大小,操作簡(jiǎn)單,現(xiàn)象更加清晰,對(duì)比更加明顯。不過(guò)此設(shè)計(jì)也存在一些問(wèn)題,比如在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)改變管子的長(zhǎng)短,對(duì)比次數(shù)較少;花泥使用后下陷不能恢復(fù),不能反復(fù)使用。
物理教學(xué)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)探究,結(jié)合實(shí)際教學(xué),如何優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),使實(shí)驗(yàn)更直觀(guān)、更具有可操作性、更易于學(xué)生理解,需要我們不斷嘗試。