由于實驗器材的限制、實驗成本較高等問題，高中物理教學(xué)中許多演示實驗難以開展.低成本演示實驗主要利用生活中常見的物品作為實驗器材，不僅解決了實驗器材不足的問題，還能讓學(xué)生感受到物理與生活的緊密聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望.

1高中物理力學(xué)低成本演示實驗設(shè)計案例分析

1.1實驗設(shè)計案例一驗證機械能守恒定律實驗?zāi)康?/p>

（1）利用自由落體運動驗證機械能守恒定律.（2）通過聲音傳感器記錄鐵球的落地時間，間接計算下落速度，比較重力勢能減少量與動能增加量.

實驗器材

裝有聲音傳感器的智能手機；質(zhì)量為 ψ_m 的鐵 球；刻度尺;鋼尺（一端粘有薄橡皮泥）.

實驗原理 橡皮泥上.

（3）設(shè)置傳感器：將手機聲音傳感器（振幅模式）置于桌面附近，確保能捕捉落地撞擊聲.

（4）釋放鐵球：迅速敲擊鋼尺側(cè)面，使鐵球自由下落.

（5）記錄數(shù)據(jù)：傳感器生成聲音振幅一時間曲線，標記撞擊時刻 Ψ_t

（6）重復(fù)實驗：多次測量 h 和 Ψ_t ，取平均值減少誤差.

數(shù)據(jù)處理

計算動能變化量與勢能變化量的比值，若比值接近1（如 0.95～1.05） ，則驗證機械能守恒定律成立.

1.2 案例應(yīng)用

例某物理研究小組采用圖1所示的實驗裝置來“驗證機械能守恒定律”.實驗器材主要包括：配備聲音傳感器的智能手機、鐵球、刻度尺、鋼尺等.實驗步驟如下：

鐵球從高度 h 自由下落，落地時：重力勢能減少量 ΔE_‰ ，動能增加量 若 ΔE_k≈ ΔE_?p ，則驗證機械能守恒.

通過聲音傳感器記錄鐵球落地時刻的撞擊信號（振幅突增），結(jié)合下落時間 Ψ_t 和 ，可計算末速度 ·

實驗步驟

（1）測量高度 h ：用刻度尺測出橡皮泥上表面到地板的高度差 h ：

（2）放置鐵球：將鐵球靜正放置在鋼尺末端的

a.在鋼尺末端粘貼一層薄橡皮泥，將該端略微伸出桌面邊緣，使用刻度尺測定橡皮泥表面與地面之間的垂直距離 h=90cm ·

b.將質(zhì)量為 ψ_m 的鐵球靜置于鋼尺末端的橡皮泥上；c.將智能手機置于桌面上方，啟動手機聲音“振幅”（聲音傳感器）檢測程序；

d.快速敲擊直尺側(cè)面，使鐵球自由下落；

e.傳感器采集并存儲聲音振幅隨時間變化的波形數(shù)據(jù).

（1）聲音振幅隨時間的波形如圖2所示，圖中前兩個峰值點分別對應(yīng)敲擊鋼尺和鐵球落地的時刻，由此可得鐵球下落的時間間隔 ω_t=ω_s 業(yè)

（2）已知鐵球質(zhì)量為 m=200g ，某研究者通過 計算出鐵球落地時的速度，則下落過程中，鐵球動能的增加量為 ΔE_k=J ；重力加速度為9.8m/s² ，鐵球重力勢能的減少量為 ΔE_?=J. 實驗結(jié)果表明，在誤差允許的范圍內(nèi)，鐵球在自由下落過程中機械能守恒.（結(jié)果均保留三位小數(shù)）

解析（1）鐵球下落的時間間隔 t=1.95s- 1.52s=0.43s

（2）鐵球下落過程中，落地速度為 （2號

則鐵球動能的增加量為 1.752J，

鐵球重力勢能的減少量為 ΔE_?p=mgh=0.2× 9.8×0.9J≈1.764J

評析本實驗巧妙運用了智能手機的聲音傳感器功能來測定時間，進而驗證了機械能守恒定律，實驗器材獲取容易，成本低，是高中力學(xué)實驗創(chuàng)新的重要途徑.需要特別說明的是：小球在豎直方向上做自由落體運動，小球下落的時間由高度決定，若敲擊鋼尺側(cè)面時鐵球獲得一個較小的水平速度，不會影響小球的落地時間，對實驗測量結(jié)果沒有任何影響.

2高中物理力學(xué)低成本演示實驗的實施策略

2. 1 結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計實驗

教師應(yīng)根據(jù)高中物理力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標，精心設(shè)計低成本演示實驗.在設(shè)計實驗時，要充

分考慮學(xué)生的認知水平和實際情況，選擇合適的實驗主題和實驗方法，使實驗?zāi)軌蛴行У剌o助教學(xué)，幫助學(xué)生理解和掌握知識.

2.2 引導(dǎo)學(xué)生參與實驗設(shè)計

在教學(xué)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生參與到低成本演示實驗的設(shè)計中.鼓勵學(xué)生從生活中尋找實驗器材，設(shè)計實驗方案，然后師生共同討論、完善實驗方案.這樣不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實踐能力，還能讓學(xué)生更加深入地理解實驗原理和物理知識.

2.3注重實驗過程的指導(dǎo)

在實驗實施過程中，教師要加強對學(xué)生的指導(dǎo)，確保學(xué)生正確操作實驗器材，規(guī)范實驗步驟.同時，教師要引導(dǎo)學(xué)生認真觀察實驗現(xiàn)象，記錄實驗數(shù)據(jù)，并對實驗結(jié)果進行分析和總結(jié).此外，教師還應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生在實驗過程中出現(xiàn)的問題，并給予指導(dǎo)和幫助.

2.4加強實驗后的總結(jié)和反思

實驗結(jié)束后，教師要組織學(xué)生對實驗進行總結(jié)和反思.引導(dǎo)學(xué)生回顧實驗過程，分析實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)實驗結(jié)論.同時，讓學(xué)生思考實驗過程中存在的問題和不足之處，并提出改進的建議和方法.通過總結(jié)和反思，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識，提高實驗?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng).

3結(jié)語

通過實際案例分析和教學(xué)效果可以看出，低成本演示實驗?zāi)軌蚣ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維.在設(shè)計和實施低成本演示實驗時，應(yīng)遵循科學(xué)性、直觀性、安全性、簡易性和趣味性等原則，采用合理的實施策略，確保實驗的教學(xué)效果.隨著教育教學(xué)改革的不斷深入，高中物理力學(xué)低成本演示實驗將在高中物理教學(xué)中發(fā)揮更加重要的作用，為提高高中物理教學(xué)質(zhì)量做出更大的貢獻.

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