论文部分内容阅读
新课程理念越来越注重体验式教学,越来越重视实验教学,高中人教版《物理》(必修一)中将“伽利略对自由落体运动的研究”单独列为一节就是很好的体现,教材用了很大篇幅介绍这段历史,旨在强调伽利略的科学研究方法,培养学生严谨的科学态度。但是,科学研究中最重要的一环——实验验证却被教材忽视了,精彩的斜槽实验在教材中没有实验演示,而是用文字陈述,学生理解起来很抽象,也没有说服力。于是,为了弥补这个不足,我设计制作了“伽利略斜槽实验演示仪”。
设计目的和思路
伽利略在研究自由落体运动的时候,首先进行了猜想:做自由落体运动的物体其v-t。但是由于实验条件非常落后,无法测量落体的v,以及所用的时间t。于是,伽利略转换了研究对象并巧妙地证明了:如果做自由落体运动的物体的v-t,那么物体发生位移x-t2,这样一来就用可以测量的x替代了不便测量的矿。即便如此,这个时间也太短,而当时没有计时器,时间依然不好测量。于是伽利略设计了著名的斜槽实验,成功地“冲淡了”重力的作用,证明了:从斜槽上由静止释放的小球其x-t2产也成立的结论,间接证明了伽利略对自由落体运动的猜想。但是,教材中却没有相关的实验演示,而是用枯燥的文字叙述代替了实验,不可信、不严谨,显得虎头蛇尾。
本教具弥补了教材中缺少的斜槽实验演示仪,让伽利略的科学研究方法完整直观地呈现,对养成学生严谨的科学态度,提高学生的学科素养有积极作用。
演示仪简价
演示仪可以准确地测量小球在斜槽上从释放到光电门的时间(精确到0.01s),并且巧妙地将2段位移之比设置成1:4,通过光电门计时器测得小球发生2段位移所对应时间之比为1:2(也可以将2段位移之比设置成1:9,验证时间之比为1:3),非常准确地证明了位移x与时间t2成正比的猜想。实验过程中,斜槽的倾角可以在0~90°。之间进行调整,结果都成立,从而证明了小球在斜槽上的运动和自由落体运动的规律相同,是同种性质的运动,伽利略对自由落体运动的科学猜想得以证明。实验操作简单,现象直观,结果准确。
演示仪结构
演示仪由主板、光电门计时演示仪实物图如图1和图2所示。主板与计时器之间为无线连接,可以将主板放在投影设备下面,主板显示接收到的成绩1 (t1)和成绩2(t2 )并可进行投影,主板如图3所示。
演示过程
主板上有计时开关,当按下计时开关,主板将此指令发送给计时器和继电器,继电器释放小球时,2个计时器同时开始计时。小球沿斜槽滚下做匀变速直线运动,当小球经过计时器l时,小球挡住激光,计时器1停止计时,并将记录的t1,(小球从0cm到20 cm这一段位移x1=20cm所用的时间)发送回主板;当小球经过计时器2时,小球挡住激光,计时器2停止计时,并将记录的tt2,(小球从0cm到80cm这一段位移x2=80cm所用的时间)发送回主板;主板接收并显示t1,和t2。由于X1:X2=1:4,只需要t1:t2=1:2,伽利略的猜想就能得以证明。
改变斜槽倾角(0~90°。之间)重复上述实验过程,所得时间之比仍然满足t1:t2=1:2,实验结果如图4至图6所示。经过多次实验,在误差允许范围内时间之比严格满足1:2。演示效果很好,学生信服,解决了学生的困惑,让物理课更有实验研究的味道。
创新点
◇伽利略斜槽实验渲示仪是原创教具。
◇将位移设置成1:4,得到的时间之比为1:2,直观得出结果:x-t2产。
◇时间测量很精确,可以达到0.01s。
◇采用电磁继电器释放小球,小球的运动和计时完全同步进行,减少了实验误差。
◇调节斜槽的倾角,实验结果同样成立,进一步证实了伽利略的推理。
◇主板和计时器为无线连接,主板可以灵活地放在任意位置,方便投影实验结果。
拓展应用
◇可用于验证机械能守恒定律。
◇可用于研究动量定理和动能定理。
◇可用于探究初速度为零的匀变速直线运动的位移和时间关系:x-t2严。
◇可以配合高中《物理》选修3-2第六章“传感器”中的内容使用。
◇改装后可以验证动量守恒定律。
小结
伽利略斜槽实验演示仪可以很直观很准确地证明:从斜槽上静止释放的小球发生的位移(x)与所用时间的平方(t2)成正比,从而间接证明伽利略的猜想——做自由落体运动的物体的瞬时速度(矿)与所用时间(t)成正比。该教具还可以用于其他多个物理问题的探究。
該项目获得第33届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。
专家评语
该项目设计制作了伽利略斜槽实验演示仪,借助演示仪可以完成多项实验内容,并可用于多个问题的探究。该项目原理科学、概念清晰、构恩巧妙、设计合理,作品实用性强。项目选题新颖,具有实质性创新,对传统方法有突破。作品效果显著,制作规范,具有示范推广价值。希望该项目在工艺方面作出改进和提升。
设计目的和思路
伽利略在研究自由落体运动的时候,首先进行了猜想:做自由落体运动的物体其v-t。但是由于实验条件非常落后,无法测量落体的v,以及所用的时间t。于是,伽利略转换了研究对象并巧妙地证明了:如果做自由落体运动的物体的v-t,那么物体发生位移x-t2,这样一来就用可以测量的x替代了不便测量的矿。即便如此,这个时间也太短,而当时没有计时器,时间依然不好测量。于是伽利略设计了著名的斜槽实验,成功地“冲淡了”重力的作用,证明了:从斜槽上由静止释放的小球其x-t2产也成立的结论,间接证明了伽利略对自由落体运动的猜想。但是,教材中却没有相关的实验演示,而是用枯燥的文字叙述代替了实验,不可信、不严谨,显得虎头蛇尾。
本教具弥补了教材中缺少的斜槽实验演示仪,让伽利略的科学研究方法完整直观地呈现,对养成学生严谨的科学态度,提高学生的学科素养有积极作用。
演示仪简价
演示仪可以准确地测量小球在斜槽上从释放到光电门的时间(精确到0.01s),并且巧妙地将2段位移之比设置成1:4,通过光电门计时器测得小球发生2段位移所对应时间之比为1:2(也可以将2段位移之比设置成1:9,验证时间之比为1:3),非常准确地证明了位移x与时间t2成正比的猜想。实验过程中,斜槽的倾角可以在0~90°。之间进行调整,结果都成立,从而证明了小球在斜槽上的运动和自由落体运动的规律相同,是同种性质的运动,伽利略对自由落体运动的科学猜想得以证明。实验操作简单,现象直观,结果准确。
演示仪结构
演示仪由主板、光电门计时演示仪实物图如图1和图2所示。主板与计时器之间为无线连接,可以将主板放在投影设备下面,主板显示接收到的成绩1 (t1)和成绩2(t2 )并可进行投影,主板如图3所示。
演示过程
主板上有计时开关,当按下计时开关,主板将此指令发送给计时器和继电器,继电器释放小球时,2个计时器同时开始计时。小球沿斜槽滚下做匀变速直线运动,当小球经过计时器l时,小球挡住激光,计时器1停止计时,并将记录的t1,(小球从0cm到20 cm这一段位移x1=20cm所用的时间)发送回主板;当小球经过计时器2时,小球挡住激光,计时器2停止计时,并将记录的tt2,(小球从0cm到80cm这一段位移x2=80cm所用的时间)发送回主板;主板接收并显示t1,和t2。由于X1:X2=1:4,只需要t1:t2=1:2,伽利略的猜想就能得以证明。
改变斜槽倾角(0~90°。之间)重复上述实验过程,所得时间之比仍然满足t1:t2=1:2,实验结果如图4至图6所示。经过多次实验,在误差允许范围内时间之比严格满足1:2。演示效果很好,学生信服,解决了学生的困惑,让物理课更有实验研究的味道。
创新点
◇伽利略斜槽实验渲示仪是原创教具。
◇将位移设置成1:4,得到的时间之比为1:2,直观得出结果:x-t2产。
◇时间测量很精确,可以达到0.01s。
◇采用电磁继电器释放小球,小球的运动和计时完全同步进行,减少了实验误差。
◇调节斜槽的倾角,实验结果同样成立,进一步证实了伽利略的推理。
◇主板和计时器为无线连接,主板可以灵活地放在任意位置,方便投影实验结果。
拓展应用
◇可用于验证机械能守恒定律。
◇可用于研究动量定理和动能定理。
◇可用于探究初速度为零的匀变速直线运动的位移和时间关系:x-t2严。
◇可以配合高中《物理》选修3-2第六章“传感器”中的内容使用。
◇改装后可以验证动量守恒定律。
小结
伽利略斜槽实验演示仪可以很直观很准确地证明:从斜槽上静止释放的小球发生的位移(x)与所用时间的平方(t2)成正比,从而间接证明伽利略的猜想——做自由落体运动的物体的瞬时速度(矿)与所用时间(t)成正比。该教具还可以用于其他多个物理问题的探究。
該项目获得第33届全国青少年科技创新大赛科技辅导员创新成果科教制作类一等奖。
专家评语
该项目设计制作了伽利略斜槽实验演示仪,借助演示仪可以完成多项实验内容,并可用于多个问题的探究。该项目原理科学、概念清晰、构恩巧妙、设计合理,作品实用性强。项目选题新颖,具有实质性创新,对传统方法有突破。作品效果显著,制作规范,具有示范推广价值。希望该项目在工艺方面作出改进和提升。