探究做功与速度变化的关系的创新实验设计

2018-07-28 10:42冉龙兵
新课程·中学 2018年4期
关键词:实验创新科学探究实验设计

冉龙兵

摘 要:在物理教学中,实验的创新可以激发学生的兴趣,提高学生的科学素养,增强学生的创新意识。

关键词:实验创新;科学探究;实验设计

在人教版高中物理必修二中,“探究做功与速度变化的关系”是非常具有代表性的探究课,其中蕴含的科学探究思想,可以加深学生对科学探究的认识和了解,提高学生的科学素养。然而,教材中给出的实验方案存在诸多不足,如果不加以改进,很难得出理想的实验数据,也就无法得出想要的实验结论,教学效果将大打折扣。此外,有的老师觉得该实验操作比较困难,就干脆用讲解来代替实验,从而使学生丧失一次宝贵的体验探究过程的机会。因此,教师可以根据教材中给出的思路和方案,结合教学实际,创造性地使用教材和实验仪器,提出切实可行的实验方案。下面通过对教材中实验方案的分析,对存在的不足进行了改进、尝试,创造性地探究了做功与速度变化的关系。

一、实验目的

1.体验物理知识的探究过程和物理规律的研究方法。

2.学会利用图像来处理功与速度变化的关系。

二、实验器材

轨道、小车、细线、打火机、数字计时器、挡光片、游标卡尺、木块、计算机(用于处理数据)。

三、实验原理

探究做功与速度变化的关系,需要测两个物理量:一个是合力做的功,小车沿斜面的合力F恒定,改变s就可以得到小车在不同位置释放时所做的功;另一个是合力做功所对应的速度,用挡光片的宽度d除以计时器所记录的时间就可以得到小车的速度,用此速度来代替小车通过光电门的瞬时速度,即v=d/t。

四、实验过程

1.用游标卡尺测量挡光片的宽度d,测3次取其平均值。

2.将光电门固定在轨道距滑轮端不远处,并与数字计时器连接好,用细线连接小车末端和轨道的另一端,保持细线与轨道面平行,用木块把这端垫高一些。

3.接通电源,让小车距离光电门s处(s=18cm,可以根据轨道的长度选择合适的长度),用打火机烧断细线以确保小车静止释放,记录挡光时间t。

4.改变s,每次使s增加18cm,重复步骤2,记录所对应的挡光时间t。

五、实验数据处理

1.将实验数据输入Excel中,并求出速度v,如下图所示:

2.、选中D、E两列,点击“插入”“图表”“xy散点图”,得到如下图所示的散点图。从图中可以看出,点的分布不成线性关系,用“趋势线(多项式)”进行拟合,如下图所示,可以看出w-v的关系图像为一条曲线。

3.在Excel中,通过计算机算出速度的平方值,如下图中的

F列。

4.选中两E、F列,点击“插入”“图表”“xy散点图”,得到如下图所示的散点图。從图中可以看出,点大致分布在过原点的一条直线上,用“趋势线(线性关系)”进行拟合,如下图所示,可以看出w-v2的关系图像为一条过原点的直线,这说明合力做功和速度的平方成正比。

六、实验结论

通过实验探究得出做功和速度的平方成正比,为动能定理提供了有力的实验依据。

七、实验误差分析

1.释放小车时,不是在s、2s、3s、4s、5s所对应的位置静止释放。

2.轨道不同,地方的动摩擦因数不同。

参考文献:

[1]臧国东.“探究做功与速度变化的关系”的创新实验设计[J].实验教学与仪器,2015(9).

[2]杨青华,杨建会.用DISLab探究力做功与速度变化关系的创新实验[J].物理教学探讨,2016(12).

编辑 赵飞飞

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