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        用DISlab探究“做功與速度變化的關(guān)系”

        2020-05-18 11:55:30張志鋒
        物理通報(bào) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:探究實(shí)驗(yàn)

        張志鋒

        (商南縣高級(jí)中學(xué) 陜西 商洛 726300)

        1 教材中兩種實(shí)驗(yàn)方案分析

        人教版高中《物理·必修2》第七章第6節(jié)是一節(jié)探究實(shí)驗(yàn)——探究“做功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn).該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生探究力對(duì)物體做功與物體速度變化的關(guān)系,體會(huì)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程和所用的方法,同時(shí)為動(dòng)能定理的學(xué)習(xí)做鋪墊.

        在教材中提供了兩種實(shí)驗(yàn)參考方案如圖1所示.

        方案1:如圖1(a)所示,由重物通過(guò)滑輪牽引小車,當(dāng)小車的質(zhì)量比重物大很多時(shí),可以把重物所受重力當(dāng)做小車的牽引力,小車運(yùn)動(dòng)的距離可由紙帶測(cè)出.改變重物的質(zhì)量或改變小車運(yùn)動(dòng)的距離,也就改變了小車做的功.

        方案2:如圖1(b)所示,使小車在橡皮筋的作用下彈出.

        (a)

        (b)

        第二次、第三次……操作時(shí)分別改用2根、3根……同樣的橡皮筋,并使小車從同樣的位置彈出;那么橡皮筋對(duì)小車做的功一定是第一次的2倍、3倍……測(cè)出小車被彈出后的速度,能夠找到牽引力對(duì)小車做的功與速度的關(guān)系.

        用這兩個(gè)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),有以下幾個(gè)方面的不足:

        (1)無(wú)論是方案1還是方案2,確定合外力做功時(shí),均需平衡摩擦力,在實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)難以做到,致使誤差較大.

        (2)小車在重物或橡皮筋作用力牽引下,容易改變運(yùn)動(dòng)方向,致使打出的紙帶不理想.

        (3)實(shí)驗(yàn)打下的紙帶條數(shù)較多,連接和取下小車后面的紙帶不方便.

        個(gè)別計(jì)價(jià)法計(jì)算的銷售成本,能以實(shí)際采購(gòu)成本為基礎(chǔ),期末資產(chǎn)價(jià)值具有真實(shí)性。這種方法適用于一般不能替代使用的存貨、為特定項(xiàng)目專門(mén)購(gòu)入或制造的存貨等,如珠寶、名畫(huà)等價(jià)值高,數(shù)量少的貴重物品。但是,個(gè)別計(jì)價(jià)法在實(shí)際操作中,手續(xù)繁瑣,一個(gè)一個(gè)地單獨(dú)計(jì)價(jià),耗費(fèi)的時(shí)間成本及人力成本均較高,對(duì)存貨品種多,數(shù)量多的企業(yè)來(lái)說(shuō)不太實(shí)用,同時(shí)就業(yè)務(wù)本身來(lái)說(shuō),畢竟像珠寶等貴重物品存貨的企業(yè)不多,因而不具有普遍性。

        為此,筆者通過(guò)DISlab系統(tǒng),結(jié)合WPS工作表來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并描繪相關(guān)圖像,得出較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和理想的W-v2線性圖像,具有較高的可信度和一定的實(shí)驗(yàn)價(jià)值.

        2 DISlab“探究做功與速度變化的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)

        2.1 實(shí)驗(yàn)器材

        DISlab實(shí)驗(yàn)力學(xué)軌道、小車,2個(gè)L型支架,一個(gè)I型支架,光電門(mén)1個(gè),2 cm遮光片1個(gè),數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)線、計(jì)算機(jī),DISlab實(shí)驗(yàn)軟件和WPS工作表軟件,橡皮筋.

        實(shí)驗(yàn)中DISlab實(shí)驗(yàn)用小車與力學(xué)軌道間摩擦很小,實(shí)驗(yàn)中軌道水平即可,小車4輪恰好控制在軌道上兩道凹槽中,不易滑離軌道;實(shí)驗(yàn)前把5個(gè)橡皮筋套成一根,共8根;把其中一個(gè)L型支架用螺絲固定在軌道的一端,用作橡皮筋作用端;在小車前端自制一掛鉤,用螺絲固定在小車上;遮光片固定在小車上.

        2.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖

        實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)圖與實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)拍圖如圖2、圖3所示.

        ①DISlab力學(xué)軌道;②小車;③掛鉤;④遮光片;⑤橡皮筋;⑥支架(固定于軌道前端);⑦光電門(mén);⑧傳輸線;⑨數(shù)據(jù)采集器;⑩數(shù)據(jù)線

        圖2 裝置結(jié)構(gòu)圖

        圖3 裝置實(shí)拍圖

        2.3 實(shí)驗(yàn)原理

        倍增法探求功,使用1根、2根、3根……橡皮筋,使彈力對(duì)小車做功成倍增加;用光電門(mén)測(cè)出小車對(duì)應(yīng)的最大速度v1,v2,v3,……,分析功W與v的關(guān)系.

        2.4 實(shí)驗(yàn)操作步驟

        (1)按圖2所示安裝實(shí)驗(yàn)器材,將實(shí)驗(yàn)用力學(xué)軌道平放在水平桌面上.光電門(mén)用傳輸線連接至數(shù)據(jù)采集器,數(shù)據(jù)采集器用數(shù)據(jù)線連接至計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)打開(kāi)DISlab實(shí)驗(yàn)“專用軟件”中“測(cè)瞬時(shí)速度”界面,軟件系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)到光電門(mén)傳感器.

        (2)將2 cm寬的遮光片固定在小車上,將一條橡皮筋一端套在軌道前端的支架上,另一端掛在小車前端的掛鉤上,橡皮筋與軌道平行,然后將小車?yán)竭m當(dāng)位置,點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)界面上“開(kāi)始”按鈕(將界面上遮光片寬度統(tǒng)一輸入為0.020),然后由靜止釋放小車,使小車在橡皮筋的彈力下被彈出,這樣測(cè)出了小車的速度.

        (3)第二次、第三次……操作時(shí)分別改用2根、3根……同樣的橡皮筋,并使小車從同樣的位置彈出;那么橡皮筋對(duì)小車做的功即為第一次的2倍、3倍……測(cè)出小車被彈出后的速度v1,v2,v3,……

        (4)將記錄的瞬時(shí)速度分別輸入WPS工作表第一列,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.

        2.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

        圖4 某次8組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

        圖5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表格截圖

        圖6 做功與速度改變關(guān)系圖像

        2.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

        3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

        (1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)科學(xué)合理,實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單,操作便捷,直觀明確.

        (2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集迅速簡(jiǎn)單,采集數(shù)據(jù)點(diǎn)多,直接通過(guò)計(jì)算機(jī)處理,呈現(xiàn)速度大小,數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確,避免了復(fù)雜的數(shù)據(jù)運(yùn)算.

        (3)利用WPS工作表進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、描繪系列圖像,提高了效率和準(zhǔn)確度,還體現(xiàn)了現(xiàn)代信息技術(shù)帶來(lái)的便捷性.

        (4)通過(guò)描繪“做功與速度改變”的多種圖像,最終得出結(jié)論,體現(xiàn)了科學(xué)探究的學(xué)科素養(yǎng)和科學(xué)態(tài)度.

        該實(shí)驗(yàn)是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)整合的一個(gè)案例,利用DISlab系統(tǒng)和光電門(mén)來(lái)測(cè)速度,直觀性強(qiáng),趣味性濃,體現(xiàn)了現(xiàn)代信息化技術(shù)給物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)的便捷和高效.

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