(江蘇省淮安市盱眙第一中學(xué),江蘇 淮安 211700)

1 問題的提出

探究勻速直線運動的基本規(guī)律是初中物理教學(xué)的難點之一。原因在于勻速直線運動在現(xiàn)實生活中并不常見,找到便于在課堂教學(xué)中演示、探究的實例則更為困難。蘇科版八上物理教材創(chuàng)造性引入學(xué)生實驗——研究充水玻璃管中氣泡的運動,來探究勻速直線運動規(guī)律。相較于傳統(tǒng)做法,能夠很好地實現(xiàn)學(xué)生分組合作,體驗科學(xué)探究過程,培養(yǎng)觀察實驗、邏輯思維等多方面學(xué)科關(guān)鍵能力。

然而,筆者在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn),該活動由于可見度的限制，較適合學(xué)生進行分組實驗，實驗中需翻轉(zhuǎn)玻璃管,學(xué)生操作不便,且翻轉(zhuǎn)動作引起的晃動會對氣泡運動產(chǎn)生影響。雖然研究該方案的教師不在少數(shù),但多數(shù)人都將目光和精力聚焦在了對教材實驗的改進上,鮮有人提出更便于教學(xué)的實驗方案。

2 巧設(shè)方案

解決上述問題的關(guān)鍵,是要找到一個簡單直觀、可探究性強的勻速直線運動的實例。筆者通過細心觀察和反復(fù)實驗,并對所得數(shù)據(jù)處理后發(fā)現(xiàn),投影幕布的升降運動近似為勻速直線運動,而且速度較小,便于觀察和測量。更為巧妙的是借助PicPick軟件,可以直接在幕布上投影出標(biāo)尺,避免了教材實驗需要在玻璃管壁上做標(biāo)記的繁瑣。

在幕布上升過程中,投影儀并未移動，因此,幕布上的標(biāo)尺處于靜態(tài),不會隨幕布的升降而升降。PicPick軟件與投影幕布的創(chuàng)新結(jié)合,為研究勻速直線運動的規(guī)律提供了可能,利用投影儀成放大實像的原理,幕布上的標(biāo)尺寬大而清晰,比一般的實物標(biāo)尺的可視性更好。這既為每位同學(xué)都能參與進實驗探究過程提供了保障,也在一定程度上為時間的測量減小了誤差。為了進一步提高時間測量的精度,本方案采用了型號為PC3830A的電子計時器。

3 實驗準(zhǔn)備

(1) 開啟投影儀,在無風(fēng)的環(huán)境中,將投影幕布降至最低位置,使其自然下垂。

圖1

(2) 打開WPS演示文稿,新建一頁無任何填充的空白文檔,頁面設(shè)置為全屏顯示。

(3) 啟動PicPick軟件,點擊頁面上的“標(biāo)尺”按鈕,在電腦屏幕上顯示出標(biāo)尺。

(4) 將屏幕上標(biāo)尺移動至空白幻燈片的正中央,并右擊標(biāo)尺將其單位設(shè)置成厘米。

(5) 右擊屏幕標(biāo)尺,將其顏色設(shè)置成黑色,與空白幻燈片形成強烈對比,便于觀察(如圖1)。

(6) 將電腦與投影儀相連,將已設(shè)置好的整幅頁面投影到幕布上。

4 實驗過程

(1) 選取幕布白色區(qū)域底端黑色邊框線為研究對象。也可用紅色毛線或紅色細長紙條,在幕布白色區(qū)域底端拉一條水平紅線作為研究對象。

(2) 點擊幕布升降按鈕,使幕布完整升降數(shù)次,讓學(xué)生對其運動的快慢有一定感性認識,為以后有條不紊地測量運動時間作好準(zhǔn)備。

(3) 點擊幕布上升按鈕,仔細觀察研究對象的運動情況。并以屏幕標(biāo)尺上合適的刻度線為計時起點(筆者采用的是15.00cm刻度線),用計時器記錄下研究對象通過各個區(qū)間的時間。為幫助測量者更準(zhǔn)確地判斷研究對象到達測量位置的時刻,可借助演示文稿中的插入直線功能,依次在15-5之間的整刻度線上添加色彩明艷的橫線。

(4) 重復(fù)上述測量過程,獲取多組數(shù)據(jù),并對各項數(shù)據(jù)取平均值后填入表1中。

表1

(5) 借助圓規(guī)兩腳確定投影幕布上,標(biāo)尺相鄰整刻度的長度,并用刻度尺測出其具體值,從而換算出投影儀對屏幕標(biāo)尺的放大倍數(shù)。(筆者在實驗過程中,選取的區(qū)間長度為1.00cm。經(jīng)測量,經(jīng)投影儀放大之后,實際長度變?yōu)?.40cm,即表1數(shù)據(jù)中各區(qū)間的實際長度為7.40cm)。

(6) 對表中數(shù)據(jù)作進一步處理,計算出研究對象通過各區(qū)間的速度。在誤差允許的范圍內(nèi),投影幕布的上升過程近似為勻速直線運動。為使實驗結(jié)果更加直觀,筆者建議數(shù)據(jù)處理可結(jié)合S-t與v-t圖像。

5 實驗反思

若深究實驗數(shù)據(jù),可將幕布的整個上升過程分為始、中、末三段。中間段較好地展現(xiàn)出勻速直線運動的規(guī)律,而始末階段略有偏差,初始階段速度稍小,末速度稍大。筆者認為其可能的原因是:幕布電機的輸出功率恒定,初始階段整張幕布下垂,所受重力較大。幕布電機需提供更大的拉力,才能改變幕布原始的運動狀態(tài)。而電機的輸出功率可表示為P=Fv。拉力大,速度小,開始時幕布緩慢加速且速度較小。而在末尾階段,幕布部分下垂,所受重力較小,電機所要提供的拉力相應(yīng)減小,輸出功率不變,則速度增大。在中段,幕布下垂的部分重力大小適中,拉力大小適中,幕布運動速度適中,電機運行平穩(wěn)。由此可見,始末階段的偏差,不能簡單地歸咎為時間測量的誤差。

6 結(jié)語

實驗探究是學(xué)習(xí)物理的重要方式，探究性實驗的器材越常見易得、步驟越簡潔明了,越容易讓學(xué)生接受。本文旨在設(shè)計一種簡單易行的實驗方案,讓學(xué)生在多感官參與、多維度體驗,自主建構(gòu)勻速直線運動的概念,歸納得出勻速直線運動的規(guī)律。實踐證明,使用本方案探究勻速直線運動規(guī)律,學(xué)生的積極性空前高漲，課堂的參與度與實效性都顯著提高。