淺談“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

江桂林

摘 要：“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)置目的本就是通過親身操控打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，小車等實(shí)驗(yàn)器材，通過觀察小車的直線運(yùn)動(dòng)行駛過程和記錄整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)感受加速度這一物理矢量的存在和作用原理。“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的探究實(shí)驗(yàn)過程中，需要應(yīng)用到的器械較多，可能存在的實(shí)驗(yàn)誤差也較多。為了方便我們的探究性試驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行，減小或避免誤差發(fā)生的可能，本文就“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”探究實(shí)驗(yàn)的器械使用方面和操作方法上進(jìn)行了改進(jìn)改動(dòng)，以較為精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)探究為我們學(xué)習(xí)相關(guān)物理知識(shí)構(gòu)建立體清晰的三維構(gòu)思模型，強(qiáng)化了我們對(duì)“勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度”這一知識(shí)模塊的理解記憶。

關(guān)鍵詞：勻變速直線運(yùn)動(dòng);加速度;打點(diǎn)計(jì)時(shí)器;實(shí)驗(yàn)方案;實(shí)驗(yàn)探究

我們已經(jīng)對(duì)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的概念和基本推導(dǎo)公式有了詳細(xì)的了解，速度均勻發(fā)生變化的直線運(yùn)動(dòng)即為勻變速直線運(yùn)動(dòng)，在勻變速直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)過程中，速度的變化量和時(shí)間的變化量之比即為加速度，在整個(gè)直線運(yùn)動(dòng)過程中加速度保持不變，即為勻變速直線運(yùn)動(dòng)。推導(dǎo)公式中我們一般以a=（Vt-Vo）/t作為加速度的表現(xiàn)公式，在日后的解題過程中，加速度可以作為物理矢量被套用進(jìn)入其他物理量的推導(dǎo)過程中。但是，物理推導(dǎo)公式本身繁多，且各個(gè)物理量之間的聯(lián)系較為密切，如果概念構(gòu)建不夠清楚，很可能會(huì)為以后的公式推導(dǎo)造成概念混淆問題。通過進(jìn)行勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的探究實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，我們可以較為清晰地觀察到加速度的實(shí)際物理作用過程，強(qiáng)化理解記憶。按照教材進(jìn)行了勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度的探究實(shí)驗(yàn)后，我們發(fā)現(xiàn)教材中的實(shí)驗(yàn)探究過程整體不夠嚴(yán)密，精準(zhǔn)性有待改善，且操作起來較為麻煩，本文就此類弊病進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。

1.“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”探究實(shí)驗(yàn)概述

1.1實(shí)驗(yàn)原理概述

在勻速加速的加速度條件下，物體做直線運(yùn)動(dòng)的整體過程中，連續(xù)相等時(shí)間的位移情況是一樣的，即S2-S1=S3-S2=S4-S3=S（n）-S（n-1），各個(gè)連續(xù)相等時(shí)間段內(nèi)的位移量的相差量相等，不做變化。一般對(duì)于勻變速運(yùn)動(dòng)的加速度的求解公式，我們利用逐差法逐差法來表達(dá)：S6-S3=S5-S2=S4-S1=3at2，a為加速度，t為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間差。在已知條件下，我們可以得出a1，a2等的數(shù)值，再通過計(jì)算a1和a2等數(shù)值的平均值方可得出a，即最后所求勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中我們需要把握的物理量有各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的刻度距離，計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的時(shí)間距離，各個(gè)點(diǎn)之間的刻度數(shù)值，記錄各計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間，以及加速度的最終計(jì)算數(shù)值

1.2實(shí)驗(yàn)探究的器材準(zhǔn)備

本次試驗(yàn)需要對(duì)單位距離進(jìn)行刻度打點(diǎn)記錄，且需要準(zhǔn)備能進(jìn)行勻變速直線運(yùn)動(dòng)的物體，并為物體做勻變速直線運(yùn)動(dòng)提供環(huán)境條件，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程需要精準(zhǔn)的刻度記錄儀器，所以關(guān)于本次實(shí)驗(yàn)的器材準(zhǔn)備，大致準(zhǔn)備器材為：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶，復(fù)寫紙，低壓電源，長木板，刻度尺子，砝碼，繩子，導(dǎo)線

在長木板的選用上應(yīng)注意其用途，為了給做勻變速直線運(yùn)動(dòng)的小車提供可做該運(yùn)動(dòng)的適合面，在木板取材上應(yīng)注意木板的粗糙度和平整度，不宜過于粗糙，也不宜在木板表面出現(xiàn)凹凸不平的情況，為了方便記錄打點(diǎn)數(shù)據(jù)，木板一端應(yīng)配備滑輪

1.3實(shí)驗(yàn)過程

將長木板放置于桌面上，系有滑輪一端的木板應(yīng)伸出桌面，在另一端沒有滑輪的末尾處裝置好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連接低壓電源。用繩子系住車子，繞過滑輪，另外一端用來固定小車，之后，將小車放置在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近，將低壓電源與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連接起來，接通電源，打開開關(guān)，確定好小車位于打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)點(diǎn)處之后，放開小車使其運(yùn)動(dòng)，在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打完三次點(diǎn)后，觀察紙帶打點(diǎn)情況，以刻度尺進(jìn)行客服距離測量并記錄，以5個(gè)連續(xù)時(shí)間間隔為計(jì)時(shí)單位，測算各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)的速度，最終求得a的平均值。

2.“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”探究實(shí)驗(yàn)不足之處

2.1實(shí)驗(yàn)過程容易出現(xiàn)操作失誤導(dǎo)致結(jié)果誤差

在“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”探究實(shí)驗(yàn)中，由于整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程較為簡單，僅有實(shí)驗(yàn)探究意義，所以在配備實(shí)驗(yàn)器材的選用上其實(shí)較為簡陋，成本低廉，在實(shí)際操作情況中容易因器材選用或操作不當(dāng)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。比如紙帶和繩子的應(yīng)用上，必須與木板平行，不然就會(huì)導(dǎo)致小車無法做勻變速直線運(yùn)動(dòng)或?qū)е麓螯c(diǎn)數(shù)值不準(zhǔn);砝碼落地不可與小車與滑輪相撞，否則也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差等。此類由于實(shí)驗(yàn)器具操作不當(dāng)或操作不便所導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)失敗結(jié)果或較大的實(shí)驗(yàn)誤差，都極容易影響我們對(duì)于加速度的推算認(rèn)知和套用計(jì)算，無法以實(shí)驗(yàn)啟發(fā)我們的做題思路。所以，在往后的實(shí)驗(yàn)過程中，我們應(yīng)更新實(shí)驗(yàn)器械，以精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和簡便的實(shí)驗(yàn)過程強(qiáng)化我們的實(shí)驗(yàn)記憶。

2.2實(shí)驗(yàn)過程繁瑣，需要重復(fù)計(jì)算以提高精準(zhǔn)性

在開展“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”的探究實(shí)驗(yàn)中，我們需要安裝拼接許多的實(shí)驗(yàn)裝置，需要尋找較多的實(shí)驗(yàn)器材，還需要對(duì)已得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)進(jìn)行檢查推算，才能最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。多種實(shí)驗(yàn)器材的尋找選用和拼接組裝，浪費(fèi)了大量時(shí)間，容易出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差的器材，令我們不得不重復(fù)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行計(jì)算。上述情況的出現(xiàn)，浪費(fèi)了許多實(shí)驗(yàn)時(shí)間，使得學(xué)習(xí)效率低下，且實(shí)驗(yàn)過程處理難度較高，操作難度較大，十分不利于動(dòng)手操作。

3.“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

在以往“勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度”探究實(shí)驗(yàn)過程中，所用實(shí)驗(yàn)器材較多，較為簡陋，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中因操作器材所含的不可控因素較多。因此，我們應(yīng)簡化器材使用量，利用新興實(shí)驗(yàn)器材來替代以前的實(shí)驗(yàn)器材使用，比如磁控電子秒表的使用，在磁控開關(guān)受到磁鐵作用時(shí)，電子秒表就會(huì)開始計(jì)時(shí)，磁鐵作用消失則停止計(jì)時(shí)，第二次作用則又開始計(jì)時(shí)，利用這一原理，我們可以以此控電子秒表代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶等器材的使用，一方面簡化了器材使用，一方面提高了整體精準(zhǔn)性，另一方面較為簡易，易于操控，更便于我們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。引進(jìn)這一思路，我們可以盡可能在實(shí)驗(yàn)過程中，利用可利用范圍內(nèi)較為精準(zhǔn)且便于操控的實(shí)驗(yàn)工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，簡化實(shí)驗(yàn)過程，降低實(shí)驗(yàn)難度，方便我們以實(shí)踐豐富認(rèn)知。

結(jié)語

精準(zhǔn)性和簡約性是進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念，為了豐富我們的實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)，簡化整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程，降低實(shí)驗(yàn)操作難度，提高我們對(duì)于相關(guān)物理知識(shí)的立體記憶。我們應(yīng)舉一反三，利用使用原理相同卻更為簡易精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)工具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)開展，使我們的實(shí)驗(yàn)探究更富有學(xué)習(xí)意義。

參考文獻(xiàn)

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