朱玉蘭 令閏強

摘 ? 要：文章分析了高中物理課堂“實驗”欄目的教學現(xiàn)狀，研究了基于核心素養(yǎng)下 “實驗”欄目的教學實踐過程。以“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”為例，提出了基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的問題，并給予教學建議，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)得出了預(yù)期的實驗?zāi)繕?，最后分析了實驗誤差。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);“實驗”欄目;向心力

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）5-0054-2

高中物理課堂“實驗”欄目的教學實踐是根據(jù)實驗內(nèi)容，結(jié)合物理核心素養(yǎng)的目標提出問題，通過問題引領(lǐng)學生的實驗活動。

本文以“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”為例，探究課堂實驗的教學實踐過程。

1 ? ?提出問題和核心素養(yǎng)目標

根據(jù)下面提供的思考問題，分小組進行討論和交流，闡述自己的觀點，建構(gòu)科學的實驗方案。

思考問題1 “用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”的實驗中如何選擇恰當?shù)膶嶒炂鞑模?/p>

核心素養(yǎng)目標是注意培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。

思考問題2 做圓錐擺的鋼球受幾個力的作用？合力的大小和方向有什么特點？什么力提供向心力？鋼球做勻速圓周運動時所需向心力的大小由哪些因素決定？實驗原理是什么？

核心素養(yǎng)目標是引導(dǎo)學生科學思維。

思考問題3 ?實驗需要測量哪些物理量？實驗探究過程中需要注意哪些事項？

核心素養(yǎng)目標是培養(yǎng)學生的科學態(tài)度與責任。

思考問題4 造成實驗誤差的因素有哪些？如何減小實驗誤差？

核心素養(yǎng)目標是培養(yǎng)學生的科學思維方法。

2 ? ?教學建議

（1）思維引導(dǎo)建議

根據(jù)圖1，引導(dǎo)學生受力分析，知道“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”實驗中，向心力是由小球受到的重力和拉力的合力提供，還可認為是拉力的一個分力。在受力分析的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學生明確實驗原理，建構(gòu)科學的實驗方案。實驗結(jié)束后，引導(dǎo)學生積極思考誤差的來源，這與知識的思維建構(gòu)相吻合。

（2）實驗操作建議

由于圓錐擺實驗是課堂中的實驗，建議兩人一組。實驗前先在白紙上畫上不同半徑的同心圓;實驗安裝完成后，為了用手帶動鋼球做勻速圓周運動的效果更好，建議用手捏住細線靠近懸點的位置使細線轉(zhuǎn)動，當鋼球比較穩(wěn)定地做圓周運動時松開手，開始計時。為減小誤差，鋼球做圓周運動的半徑不能太大，半徑一般是在6 cm到8 cm之間，因為擺線的長度在45 cm到65 cm之間，本質(zhì)是α不能太大（如圖1）;需測量多圈的時間，但運動時間不能太長，一般測4到6圈的時間;h不是紙面到懸點的距離，而是紙面到懸點的距離h1減鋼球做圓周運動時球心到紙面的豎直距離h2，即h=h1-h2。

（3）教學活動建議

對思考問題1和思考問題2，可讓學生獨立思考后回答，教師適當補充完善，引導(dǎo)學生畫出受力示意圖;思考問題3和思考問題4，基礎(chǔ)好的學生可獨立思考后回答，基礎(chǔ)薄弱的學生在教師引導(dǎo)后回答，然后教師點評。需注意的是教師在點評實驗時，可把某一組學生做的實驗過程通過信息技術(shù)進行放大和放慢。

3 ? ?實驗探究過程

選取其中一組學生的實驗探究過程如下：

（1）實驗?zāi)康?/p>

驗證物體所受的合力是否等于物體所需的向心力。

（2）實驗原理

構(gòu)造一個圓錐擺如圖1所示。一方面，由小球所受的重力與繩拉力的合力計算提供的向心力F =mgtanα;另一方面，由小球運動的角速度及旋轉(zhuǎn)半徑計算需要的向心力F =ma =mω2r=mr（ ）2;驗證物體所受的合力是否等于向心力。

（3）實驗操作過程

實驗安裝前用托盤天平測量鋼球的質(zhì)量。安裝好實驗裝置（如圖2所示），測量紙面到懸點的距離h1。圓錐擺擺動時開始記錄時間和圈數(shù)。當鋼球比較穩(wěn)定地做圓周運動時，隨即手與鋼球分離，同時用秒表記錄鋼球做圓周運動的時間t和圈數(shù)n，再通過紙上標有半徑的圓讀出鋼球做勻速圓周運動的半徑r，并估測鋼球做勻速圓周運動時球心到紙面的豎直距離h2。

4 ? ?記錄數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析

建立表格并把記錄的數(shù)據(jù)填在表格中，表格中數(shù)據(jù)的單位都是國際基本單位或?qū)С鰡挝?，并用Excel軟件計算向心力和合力，其中一組學生的實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果如表1。

對 “用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”實驗，計算的向心力和合力幾乎近似相等（如表1）。向心力的表達式得到了驗證，即實驗結(jié)論為鋼球受到的合力提供了鋼球做勻速圓周運動的向心力。學生通過“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”的實驗，深刻體會向心力并不是物體額外受到的一個力，而是按效果命名的力，是由其他性質(zhì)的力提供的。實驗的結(jié)論達到了預(yù)期的實驗?zāi)康摹?/p>

5 ? ?誤差分析

學生對實驗誤差進行分析是培養(yǎng)學生科學思維的重要途徑之一?！坝脠A錐擺粗略驗證向心力的表達式”的誤差主要有：一是 h=h1-h2的測量，誤差來源是估測球心距紙面的高度h2;二是手與鋼球分離后，鋼球很難做勻速圓周運動產(chǎn)生的誤差;三是測量半徑和時間產(chǎn)生的誤差，由于鋼球做勻速圓周運動時受空氣阻力，轉(zhuǎn)動半徑在逐漸減小，而且半徑的測量是通過白紙上的同心圓估測的;四是測量鋼球轉(zhuǎn)動圈數(shù)時產(chǎn)生的誤差。

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（欄目編輯 ? ?王柏廬）