陜西省綏德縣第一中學(xué)(718000) 蘇 宏

1 創(chuàng)新思路

1.1 測量擺長

為了減小誤差,要不斷改變擺長。由于擺線比較長,每次測量還要改變懸點,操作很不方便。鑒于此,筆者嘗試將一個帶有小孔的鐵棒固定在鐵架臺上,讓細線穿過小孔,那么,小球擺動時這個小孔就相當于懸點,小球球心到小孔的距離就是擺長。實驗時移動鐵架臺上的鐵棒,小孔也跟著移動,擺長也隨之改變。如圖1所示,設(shè)懸點O離球心距離為L0,小孔O′與O點距離為L′,則擺長L＝L0-L′。用這種方法不需要每次拴接細線,即可方便地確定不同狀態(tài)下單擺的擺長。

圖1 改裝后實驗裝置

1.2 測量周期

為了減小實驗誤差,傳統(tǒng)實驗的方法是,確定周期時測出小球做N次全振動的時間t,然后經(jīng)過換算得出周期這種方法的不足之處有以下幾點。

(1)要求小球從平衡位置開始計時,有時很難把握平衡位置導(dǎo)致誤差。

(2)每次測量都要用眼睛盯著小球并要數(shù)全振動次數(shù),容易使眼睛疲勞,稍有疏忽就會出錯。

針對上述問題,如果在實驗裝置中安裝光電計數(shù)傳感器,小球擺動過程中每經(jīng)過一次平衡位置,計數(shù)器就開始記數(shù),從計數(shù)“1”開始計時,只需要記下計數(shù)器的次數(shù)N和相應(yīng)的時間t,不需要關(guān)注小球運動的具體過程,就能達到實驗?zāi)康摹?/p>

2 創(chuàng)新設(shè)計方案

如圖2所示,將光敏電阻和傳感器一端相連,小燈泡和傳感器另一端相連,并接6V直流電源。小燈泡和光敏電阻正對,當小球通過它們之間時,光線被擋住,這樣計數(shù)器就開始計數(shù)“1”、當小球再次擺回來通過它們之間,計數(shù)器就計“2”、這樣就依次按順序計數(shù)。從計數(shù)器“1”開始記時間,當計數(shù)器計數(shù)“3”時,正好是小球完成一次全振動；計數(shù)器計“5”時,小球完成第二次全振動；計數(shù)器計“7”時,是第三次全振動……

設(shè)計數(shù)器計數(shù)為N,小球全振動次數(shù)為n,所用時間為t,則：

圖2 實驗裝置

小球運動周期為：

不斷改變擺長L,每次實驗保持計數(shù)器N一定,記錄相應(yīng)的時間t,建立t2-L平面直角坐標系,并畫出圖像,確定斜率則重力加速度

3 實驗步驟

(1)按圖1所示裝置,將線的一端穿過小鐵球上的小孔并打結(jié)固定好,線的另一端穿過鐵棒上的小孔固定在鐵架臺的鐵夾上,做成一個單擺。

(2)按圖2所示連接好傳感器電路,使小球剛好位于小燈泡、光敏電阻之間,并在同一直線上,保證小燈泡發(fā)出的光被小球擋住。

(3)用米尺量出擺線的長度l,用游標卡尺測出擺球的直徑d,計算出擺長

(4)接通電源,讓擺球擺動(擺角小于10°),當計數(shù)器開始計“1”時,用秒表開始記時,計數(shù)器顯示N＝61時,停止記時,記下所用的時間t。

(5)在鐵架臺上逐漸下移鐵棒到某一位置固定,并測出鐵棒與鐵夾之間的距離OO′為L′,則此時擺長為L＝L0-L′,重復(fù)步驟4,記下相應(yīng)的時間t,相關(guān)記錄見表1。

表1 實驗數(shù)據(jù)記錄

(6)以L為橫坐標,t2為縱坐標,建立平面直角坐標系,用描點法描出相應(yīng)的點,用平滑的曲線連接作出t2-L圖像,如圖3所示。從圖像中確定斜率103,重力加速度

圖3 t2-L圖像

4 教學(xué)評價

4.1 實驗教學(xué)改進評價

此實驗的改進,把教材原有的實驗器材與傳感器相連接,打破了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的“思維慣性”,有效地突破了教學(xué)難點,同時體現(xiàn)了物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的“實驗創(chuàng)新”理念,培養(yǎng)學(xué)生的思維能力,促進了實驗教學(xué)改革的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 實驗教學(xué)效果評價

為了體驗實驗改進后的教學(xué)效果,筆者把傳統(tǒng)實驗和改進后的實驗對兩個同檔次的班級進行實驗嘗試,把這兩個班級分別命名為“常規(guī)班”和“實驗班”,并全程跟蹤。實驗后要求每個小組寫實驗心得體會并要求兩個班級進行對比交流。筆者設(shè)計了問卷,從實驗裝置、實驗原理、實驗過程等方面進行調(diào)查。在問卷調(diào)查中明顯反映出,無論表中的哪項內(nèi)容“實驗班”的滿意度明顯高于“常規(guī)班”。通過實驗創(chuàng)新,能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,幫助學(xué)生更好地理解消化所學(xué)知識,突顯了實驗改進的重要作用。