設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)解決追擊問題

樊利芳

(廣州市番禺實(shí)驗(yàn)中學(xué) 廣東 廣州 511400)

追擊問題屬于綜合性較強(qiáng)而且具有實(shí)踐意義的一類習(xí)題，它的處理要求學(xué)生具有較高的抽象思維和推理判斷能力，要求學(xué)生建立起追擊過程的空間想像，所以對(duì)于剛剛踏入高中的學(xué)生來說，這個(gè)問題的理解比較困難．針對(duì)這種現(xiàn)象，筆者在教學(xué)實(shí)踐過程中設(shè)計(jì)了追擊問題的演示實(shí)驗(yàn)，取得了較好的效果．

【例題】卡車以14 m/s的速度勻速向前行駛，前方50 m處一輛摩托車從靜止開始以2 m/s2的加速度起動(dòng)，問：

(1)卡車是否會(huì)撞上摩托車?

(2) 如果沒有相撞，它們何時(shí)相距最近？

針對(duì)上述問題筆者設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下.

1 實(shí)驗(yàn)器材

氣墊導(dǎo)軌，滑塊2個(gè)，氣源，數(shù)字計(jì)時(shí)器，光電門， 氣墊滑輪，小桶，游標(biāo)卡尺，重錘，天平．

2 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1 氣墊導(dǎo)軌演示實(shí)驗(yàn)裝置

3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)將光電門與數(shù)字計(jì)時(shí)器連接好并安裝在氣墊導(dǎo)軌上，打開數(shù)字計(jì)時(shí)器電源開關(guān)，選擇S1擋．

(2)在兩個(gè)滑塊的同一端各固定一個(gè)寬度相同的遮光片，啟動(dòng)氣源向?qū)к壦蜌?，將滑塊1輕放在導(dǎo)軌上，調(diào)整導(dǎo)軌到水平狀態(tài)．

(3)將重錘用細(xì)繩系好后固定在鐵架臺(tái)上，鐵架臺(tái)放在遠(yuǎn)離氣墊滑輪的一端．調(diào)節(jié)細(xì)繩的長(zhǎng)度，使其擺動(dòng)過程中剛好可以撞擊滑塊1．

(4)將滑塊2輕放在導(dǎo)軌上，滑塊2上固定有自制刻度尺跟隨滑塊2一起運(yùn)動(dòng)．將滑塊2的一端用細(xì)線通過氣墊滑輪與小桶連接，另一端用細(xì)線與滑塊1的一端連接．

(5)在遠(yuǎn)離氣墊滑輪的導(dǎo)軌末端系一根橡皮筋，橡皮筋的另一端固定一自制掛鉤．用掛鉤鉤住滑塊1的另一端，滑塊1，2系統(tǒng)便處于平衡狀態(tài)．在滑塊1前面附近固定一個(gè)光電門．

(6)將重錘拉起θ角由靜止釋放，重錘下落后撞擊滑塊1，掛鉤自動(dòng)掉落，滑塊1獲得初速度后便在導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，通過光電門時(shí)計(jì)時(shí)器記下遮光片的擋光時(shí)間t．滑塊1開始運(yùn)動(dòng)的瞬間,連接在滑塊1，2間的細(xì)線松動(dòng)，滑塊2便在小桶拉力作用下做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)．

(7)重復(fù)上面步驟，將光電門的位置調(diào)節(jié)到滑塊2的前面，直到滑塊2通過光電門的擋光時(shí)間也為t時(shí)，固定此時(shí)光電門的位置O．

4 課堂演示

重復(fù)上面第(6)、(7)步驟，演示滑塊1追擊滑塊2的過程．改變?chǔ)冉嵌嗳捉M數(shù)據(jù)．

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

比較上述數(shù)據(jù)可知,追擊過程中:兩滑塊的最短距離在理論上和實(shí)驗(yàn)上的數(shù)值是比較接近的．

4.2 誤差分析

表中每組數(shù)據(jù)中的d′都是多次實(shí)驗(yàn)的平均值，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)即使t相同時(shí)，d′還是有一定的差距．原因一：數(shù)字計(jì)時(shí)器的最小量程是0.1 ms，造成從7.70 ms到7.79 ms之間計(jì)時(shí)器均顯示7.7 ms，而實(shí)際上7.79 ms 時(shí)兩滑塊間的最短距離比7.70 ms時(shí)的最短距離大0.6 cm，所以導(dǎo)致了上表中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)值d′比理論值d大的情況；原因二：實(shí)驗(yàn)中有一些數(shù)據(jù)比理論值還要小，因?yàn)樵谟?jì)算理論值時(shí)忽略了氣墊滑輪與細(xì)線間的摩擦力導(dǎo)致計(jì)算出的理論值d比實(shí)驗(yàn)值d′要大一些．比如t=8.7 ms那一組數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)d′只做了3個(gè)數(shù)據(jù)，3個(gè)數(shù)據(jù)全部比理論值?。?/p>

5 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

(1)自制直尺需要用硬紙板做材料．

(2)將直尺固定在滑塊2上時(shí)要保持它們之間有少許距離且相互平行，這樣在滑塊1追擊滑塊2的過程中就不會(huì)出現(xiàn)直尺與滑塊1摩擦的情況，也不會(huì)出現(xiàn)直尺與光電門摩擦的情況．

(3)自制掛鉤最好用比較光滑的金屬做材料，且掛鉤的形狀接近直角形狀．掛鉤從下面勾住滑塊1，當(dāng)重錘撞擊滑塊1時(shí)掛鉤就會(huì)自動(dòng)掉落．掛鉤勾住滑塊1的位置要稍微偏一些，以免重錘正面撞擊到掛鉤影響實(shí)驗(yàn)效果．

6 結(jié)論

對(duì)于學(xué)生來說，追擊問題中相距最遠(yuǎn)或最近的問題理解起來比較困難．課堂教學(xué)中如果采用單純的理論推導(dǎo)，則對(duì)于學(xué)生抽象思維能力的要求比較高，往往造成教學(xué)效果不太理想．筆者通過設(shè)計(jì)課堂演示實(shí)驗(yàn)形象直觀的展現(xiàn)了追擊的過程，再加上理論分析使學(xué)生更容易理解接受，而且在實(shí)驗(yàn)過程中還培養(yǎng)了學(xué)生的觀察與分析問題的能力．