高中物理论文：以《探究加速度与力、质量的关系》实验条件的理解为例

注重探究过程 把握实验条件的控制 以探究加速度与力、质量的关系实验条件的理解为例摘要：对探究加速度与力、质量的关系实验条件的理解不仅是学习课程本身的关键，更体现了科学探究的意义，笔者在本文中着重描述了在教学实践中如何引导学生经历探究达到理解本质原理的方法和策略。关键词：实验条件 探究加速度与力、质量的关系 经历 理解由于牛顿第二定律是在实验基础上建立起来的主要规律，它是动力学的核心规律，也是学习其它动力学规律的基础，课程内容要求学生在学习过程中体会从探究发现、提出问题到猜想假设再到制订计划、设计实验及进行实验、收集数据并对结论进行分析和论证的整个探究过程，期间学生不仅需要通过亲自设计实验、操作实验来整理明确实验思路，还要掌握平衡摩擦力、借助图像处理实验数据、寻找物理量间关系、减少系统误差等操作方法，是有助于激发学生的学习兴趣，积累物理实验经验，发展学生发现问题、解决问题的能力的过程。但检验是否真正理解了该项实验，还是要对实验条件 Mm 的理解与掌握，因此，在探究加速度与力、质量的关系的实验中，对实验条件有明确的认识才能成功完成实验，得到真正发展的前提。一、问题的存在和分析在实际的中学物理实验教学中，对实验条件的重视程度往往还不够，由于学生在学习探究加速度与力、质量的关系的实验时还没有学习牛顿第二定律，这就导致很多时候教师往往将这部分知识点内容处理为先直接告诉学生实验条件而不作具体解释，把对原理的解释安排在了学完牛顿第二定律之后。另外，一些教师注意到了实验条件的重要性，但是又缺乏相应的指导，结果让这部分教学内容的探究流于形式，学生在其中的收获也大打折扣，这也便成为了这部分知识点教学效果一直不佳的原因所在。因此，问题大致表现为一是没有提供让学生直观认识和体验的机会；二是这节实验数据量大，计算过程复杂，学生没有经历数据处理过程便无从谈起对实验条件的认识。为了解决以上问题，应在教学实践和反思的基础上对教学做出必要的调整，对于探究加速度与力、质量的关系来说，内容安排 2 课时完成比较合适，第一课时引导学生制定实验设计，第二课时安排实验操作、数据分析。这个过程不仅需从每节课入手来培养学生的基本科学精神，还要还给学生一个拥有真实体验的探索、学习经历，而绝不能是照本宣科式的灌输和脱离实际的抽象体验。二、经历探究过程1、探究实验数据以下为教师引导学生依据（图 1）所示装置得到的实验数据（表 1 和表 2） 。表 1m与 a的 关 系00.10.20.30.40.50.60.70.80.90 2 4 6 81/maam与 a的 关 系00.10.20.30.40.50.60.70.80.90 1 2 3 4 5 6 71/maaF M 1/M A0.169 0.173 5.780347 0.8020.169 0.223 4.484305 0.6510.169 0.273 3.663004 0.5830.169 0.323 3.095975 0.4130.169 0.373 2.680965 0.382图 1 CBA电源插头D纸带上图纵坐标表示加速度横坐标表示质量的倒数，显然线性关系不是很明显。表 2F M a0.159 0.323 0.4090.649 0.323 1.4681.139 0.323 2.5841.629 0.323 3.0012.119 0.323 3.231图像的纵坐标表示加速度横坐标表示力，图像后部分程明显弯曲，但此时学生已有知识储备还无法解释原因。在完成实验得到数据后，学生们只是发现从图像上看实验得到的数据结果根本不像书本所描述的那样，带着“是我们哪里做错了吗？”的疑问，积极引导学生再一次一起将这个实验搬上气垫导轨重新进行收集数据，由于期待解开疑问的数据出来，此时学生的学习、探索兴致显得很高，这也是我们的教学中所期望出现的。2、深入探究F与 a的 关 系00.511.522.533.50 1 2 3 Faam与 a的 关 系00.050.10.150.20.250 2 4 6 1/maa以下是气垫导轨上得到的实验数据。 （表 3和表 4）保持小盘质量不变，即保证合力不变研究小车加速度与质量关系的数据。v1 是小车过第一个光电门的速度，v2 小车经过第二个光电门的速度，x 两光电门的距离，用 excel 数据处理系统求出加速度。（表中数据单位均为国际单位）M 1/M v1 v2 x a0.252 3.968253968 0.219298 0.523013 0.5 0.225450.302 3.311258278 0.202429 0.475285 0.5 0.1849180.352 2.840909091 0.183824 0.438982 0.5 0.1589140.402 2.487562189 0.171233 0.408163 0.5 0.1372770.452 2.212389381 0.157233 0.379075 0.5 0.1189760.502 1.992031873 0.145349 0.355366 0.5 0.1051590.552 1.811594203 0.139665 0.338066 0.5 0.094783保持小车质量不变，研究小车加速度与合力关系的数具。v1 是小车过第一个光电门的速度，v2 小车经过第二个光电门的速度，x 两光电门的距离，用excel 数据处理系统求出加速度。表 4F与 a的 关 系00.10.20.30.40.50.60.70 0.05 0.1 0.15 Faa线 性(a)三、寻找本质原理1、实验条件运用同样的操作步骤，将实验放到气垫导轨上做时不少细心的学生很容易F m v1 v2 x a0.0294 0.352 0.18315 0.4363 0.5 0.1568140.0392 0.352 0.214592 0.511771 0.5 0.2158590.049 0.352 0.243902 0.576037 0.5 0.272330.0588 0.352 0.265957 0.633714 0.5 0.330860.0686 0.352 0.290698 0.683995 0.5 0.3833430.0784 0.352 0.306748 0.738552 0.5 0.4513650.0882 0.352 0.326797 0.784929 0.5 0.5093180.098 0.352 0.352113 0.829187 0.5 0.5635680.1078 0.352 0.367647 0.87108 0.5 0.623616便发现两个装置上的不同点，得出想要结果。即气垫导轨上的摩擦力小，只需用很小的力就能使小车运动，得到的数据规律性更强，同时也得出了做这个实验时需要满足一定的条件 Mm 的结论。到此，学生在有了亲身体验之后对这个条件也有了个较深刻印象，此时再引导学生得出如果把小盘重力当做小车受到的合力时就需满足这个条件的结论。尽管原理在这节课并未做讲解，但只要待到学完牛顿第二定律之后再进行解释便会显得水到渠成，学生掌握起来的也会更好、更有效。学完牛顿第二定律后，可以分析得到盘和重物的总重力与小车所受拉力并不相等，两者只有在平衡状态下才相等。设小车与砝码和盘的共同加速度为a，则由牛顿第二定律，对于小车有：Ma =F；对于砝码和盘有:mg-F =ma。所以当小车和重物一起加速运动时 Fm 这个条件的。如果在例题中加问用如图装置后需不需要满足小车质量远大于重物质量这个条件，只有对于实验本质原理理解才能顺利解题。再者，在必修 2“探究功与物体速度变化的关系”一课内容介绍了两种方法得到合力的功，而其中一种就是如图利用钩码通过定滑轮拉动小车做功即重力做功使小车获得动能，把重力做功就当做小车合力做功时同样需要满足小车质量远远大于钩码质量这一条件。因此只有学生在学习并真正理解“探究加速度与力、质量的关系”一课的实验条件 Mm 的基础上才能深刻理解这个实验的条件。四、结束语总之，这是一个发现问题、解决问题的过程，通过实践与反思后精心设计中学物理课堂的探究过程，使得课堂充满生气和张力，学生便不仅能通过实验探究得出正确的结论，还能对实验探究、实验条件有更深刻的理解和对学习物理产生更浓厚的兴趣。因此，只要我们对我们自己的教学进行不断的探索和实践，我们定会找到一条教与学双赢的道路。参考文献：1