楊曉東 唐齊林

摘 ? 要：研究性學(xué)習(xí)是綜合實踐活動課程的一部分，而物理范疇的研究性學(xué)習(xí)活動能培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)研究方法的掌握。本文通過介紹一次貫穿整個高一上學(xué)期的研究性學(xué)習(xí)——測量地鐵加速度，體現(xiàn)了研究性學(xué)習(xí)與物理課程的相互支撐和促進。

關(guān)鍵詞：研究性學(xué)習(xí);加速度;測量方法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2015）9-0064-2

高中《物理（必修1）》總的來看分為運動學(xué)和動力學(xué)以及它們的銜接部分——受力分析。如果將這些知識盡可能地應(yīng)用到研究性學(xué)習(xí)活動中，同時這些活動又能對物理知識的學(xué)習(xí)起到支撐和促進作用，那么這個研究性學(xué)習(xí)活動就意義非凡了。為此，筆者給學(xué)生提出了測量地鐵加速度的活動題目，而該加速度的測量之路可謂曲折。

1 ? ?頻閃照相法測量加速度

由于學(xué)生最先學(xué)習(xí)的是運動學(xué)，而運動學(xué)中常規(guī)的測量加速度的方法便是紙帶法以及頻閃照相法。學(xué)生自然而然地想到了用該方法去測量地鐵出站時的加速度，但最終失敗了。原因在于兩方面，一是照片的實際處理確實困難，二是客觀來看地鐵出站時做的是非勻加速直線運動。但是，失敗也有其積極的意義。同學(xué)們更加明確了紙帶法以及頻閃照相法的物理原理，同時也知道了無法直接運用運動學(xué)中的方法來解決這一問題。

2 ? ?利用傾角測量加速度

隨著“必修1”學(xué)習(xí)的深入和師生討論以及查閱文獻，同學(xué)們提出了根據(jù)動力學(xué)知識，利用傾角測量加速度，原理如圖1所示。當?shù)罔F處于非平衡態(tài)時，懸線或液面必然出現(xiàn)一個傾角θ，且a與θ滿足的關(guān)系是a=gtanθ。只要測出每一時刻的傾角便可以明確此時的加速度。然而，兩組實驗最終都失敗了。通過分析和討論，總結(jié)出失敗原因：圖1所示的這兩種情況非常特殊，它要求地鐵以恒定加速度行駛且人為地將液面或懸線控制在與加速度對應(yīng)的傾角的初始狀態(tài)上才能穩(wěn)定，否則就會出現(xiàn)晃動而無法觀測。實際實驗中液面和懸線便是由于地鐵的變加速運動而無規(guī)則晃動。此次失敗的經(jīng)歷讓同學(xué)們對這兩種物理模型有了更深的認識，同時有的同學(xué)對“晃動”產(chǎn)生了興趣。

3 ? ?利用傳感器測量加速度

連續(xù)兩次失敗讓同學(xué)們士氣比較低落，同時終于等來了讓他們柳暗花明的時刻。此時正值“牛頓第三定律”的教學(xué)，為凸顯相互作用力在動態(tài)過程中時時刻刻滿足的關(guān)系，筆者使用了力傳感器。完成這節(jié)教學(xué)之后，筆者安排了一次課題組會議，終于找到了解決問題的辦法，原理如圖2所示。傳感器的拉力提供小車加速度，通過傳感器可以描繪出地鐵啟動過程中的F-t圖像，將縱坐標統(tǒng)一除以小車質(zhì)量便可以得到地鐵的a-t圖像。圖3便是我們測量的地鐵出某站點時的F-t圖像。同時，小組成員也進一步?jīng)Q定測量、繪制更多站點的加速度圖像，并采訪當時乘客的乘坐體驗，同時將這些信息一并反饋給地鐵公司，為提升地鐵服務(wù)質(zhì)量貢獻力量。進而明確了課題下一步的工作方向。至此，此研究性學(xué)習(xí)活動取得階段性成功。

總結(jié)整個過程，同學(xué)們在品嘗失敗的同時，也完成了知識的應(yīng)用和深挖掘、深理解。最終的成功更是將所學(xué)知識發(fā)揮到極致，不僅讓同學(xué)們感受到了豁然開朗的興奮，同時討論的過程也讓同學(xué)們真正擦出了智慧的火花。將課題的最終落腳點放在提升乘坐質(zhì)量上，也進一步體現(xiàn)了同學(xué)們服務(wù)社會的意識，以及一切科學(xué)研究工作的本質(zhì)。從課題的提出到成功一直伴隨著“必修1”的正常教學(xué)，它們相互支撐、相互促進。不僅讓學(xué)生體驗了完整的科學(xué)研究過程，也強化了對“必修1”知識的理解。

參考文獻：

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（欄目編輯 ? ?鄧 ? 磊）