自由落體運動實驗的改進.doc

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1、對自由落體運動實驗的改進------利用“v---t圖像”探究自由落體運動的性質(zhì)圖1探究“自由落體運動的性質(zhì)”是高一物理第二章“自由落體運動”一節(jié)中的教學重點和難點，許多教師往往借助頻閃照相捕捉定位、打點計時器在紙帶上打點定位或光電門定位計時等實驗來研究，利用到“Δs=aT2”、“s—t圖像”或“s---t2圖像”等位移方面的規(guī)律來定量探究。由于應用頻閃照相和打點計時器研究，計時精度不高，誤差較大。應用光電門研究，高一學生對“s—t圖像為拋物線”過渡到“s---t2圖像為直線”的數(shù)學預備知識不足，數(shù)

2、學處理難度較大，效果不太理想。筆者使用有光電門的自由落體實驗儀（天津科教儀器廠生產(chǎn)），利用“v---t圖像”探究自由落體運動的性質(zhì)，實驗效果很好?，F(xiàn)介紹如下：一、實驗器材及操作過程筆者選擇了由光電門來計時的自由落體實驗儀（天津科教儀器廠生產(chǎn)）進行研究，如圖1所示。將實驗裝置安裝好，接通電源，利用重錘線調(diào)節(jié)裝置底座，使重錘線既要通過光電門發(fā)出的光線，也要通過支架上的中心軸線。把鋼球放在電磁吸球器的下面，鋼球被吸住。按下“放球”按鈕，電磁吸球器斷電，小球沿豎直方向做自由落體運動，通過固定在支架上的光電門

3、。一般要在鋼球下落的過程中選擇4到6個位置進行測量研究，這樣就需要讓鋼球下落8到12次。將計時器的選擇開關(guān)扳到“同步”，讓電磁吸球器斷電，同時鋼球開始下落計時器同步計時，到鋼球通過研究位置處的光電門計時結(jié)束，這樣得到運動時間t，從計時器的顯示屏上讀出數(shù)據(jù)，可以讀到1/1000s。瞬時速度通過平均速度來解決，我們知道當物體通過一段很小位移所需要的時間很短，這段時間的平均速度就近似等于瞬時速度。實驗中，把兩個光電門用橡皮筋捆綁在一起，測得兩個光孔的豎直距離l很小，只有22mm，把它們固定在豎直立柱的某一

4、研究位置上，將計時器的選擇開關(guān)扳到“光控”，光電計時器數(shù)據(jù)清零，讓電磁吸球器斷電，鋼球下落，當鋼球下落通過第一個光電門計時器開始計時，到鋼球通過第二個光電門計時結(jié)束，在計時器的顯示屏上讀出通過兩個光電門的時間間隔Δt（通常只有幾毫秒到十幾毫秒）。應用公式v=l/Δt，可得某研究位置的瞬時速度v。多次改變光電門的位置，重復測量，就可以得到多組數(shù)據(jù)。二、實驗數(shù)據(jù)及處理通過實驗，可以獲取許多組數(shù)據(jù)。這是我在湖北十堰參加省級教學大賽時測量的數(shù)據(jù)，如下表。數(shù)據(jù)表格（光電門1、2的距離l=22mm）實驗中光電門

5、的位置1234鋼球的運動時間tn（s）0.1570.2630.3370.389通過光電門1、2的時間Δtn（ms）15976瞬時速度v=l/Δt（m·s-1）1.52.53.23.7比值v/t9.559.519.509.51鋼球的運動時間tn和通過光電門1、2的時間Δtn是實驗過程中直接獲取的數(shù)據(jù)，瞬時速度v是通過公式v=l/Δt計算得到的。從數(shù)據(jù)可以看出，v隨t的增大而增大，且在誤差允許的范圍內(nèi)v/t是一個定值，也就是說，自由落體運動是勻變速直線運動。把實驗數(shù)據(jù)輸入至Flash制作的課件中，對v與

6、t的關(guān)系進行圖像處理，如圖2。圖3圖2從圖中看到：到v---t圖像是一條過原點的傾斜直線。從而得出結(jié)論：自由落體運動是初速為零的勻加速運動。我們還利用數(shù)據(jù)粗略的計算了自由落體加速度，一是根據(jù)數(shù)據(jù)直接得到比值g=v/t，二是利用得到的v—t圖像處理，利用圖線的斜率計算得到g，如圖3。三、實驗方案的優(yōu)點1.自由落體運動的模型清晰，探究過程體現(xiàn)了科學研究的思想和方法，操作方便流暢，數(shù)學處理簡便，實驗數(shù)據(jù)誤差較小，教學效果很好。2.符合高一學生的學習實際，與物理和數(shù)學教學內(nèi)容銜接平滑。物理第一冊教材第二章的

7、前面部分，介紹了瞬時速度及其速度圖像，該方案恰好是對這些知識的應用。如果探究勻變速直線運動的s---t圖像，高中物理課程標準沒有明確要求，學生的數(shù)學知識預備不足，不宜提倡。3.符合中學物理課程標準對“v---t圖像”這一知識點的要求，課程標準明確規(guī)定“v---t圖像”為B級知識點。得到v---t圖像后可以粗略計算自由落體加速度，結(jié)合多媒體課件教學直觀快捷準確。