论文部分内容阅读
摘 要:物理学科核心素养由“物理观念”“科学思维”“科学探究”“科学态度与责任”四个方面构成.本文以测量匀变速运动物体速度与加速度的实验教学为例,探索如何在物理课堂教学中体现物理学科核心素养.
关键词:物理学科素养;光电门;测速;实验设计
以超速行驶危害的安全宣传片引入,为同学们普及树立正确的法治观念的重要性,遵守交通规则,保障生命安全,为了让超速行驶的驾驶员接受相应的处罚,测量汽车行驶的瞬时速度是必要的.
做直线运动的物体在Δt时间间隔内通过的位移为Δx,则物体在Δt间隔内的平均速度v=Δx / Δt:当Δt趋近于零时,平均速度就趋近于该时刻(或该位置)的瞬时速度.这是物理中重要的科学思想——极限思想在高中阶段的第一次应用.
一般情况下,选取物体在某一段很短的时间间隔内通过的一段很短的位移,计算得平均速度可近似代替物体瞬时速度.若所选取的时间间隔或者位移越短,求得的平均速度就越接近这段位移中间时刻的瞬时速度.
3.1 演示实验器材
朗威数字传感器、光电门、玩具手枪、自制子弹.实验装置如图1~图3所示.
塑料子弹前端安装上一根细钉,并用塑料软管加以固定,特制的细钉子弹经过光电门的宽度很短,细钉直径约0.002m.
3.2 演示实验内容
使用光电门与传感器测量子弹的发射速度.将光电门放置在枪口前,发射子弹时,子弹的细钉通过光电门的时间被记录下来,经过传感器计算,在屏幕上实时显示子弹经过光电门时的速度,使同学们直观体验物体运动的瞬时速度大小.直观演示光电门测速,让学生通过观察体会,比纯理论讲解更容易让学生理解与掌握.多次发射子弹,我们得到了子弹的发射速度范围.
探究问题1:如图4所示,如何利用一个光电门、气垫导轨、数字计时器测量滑块的瞬时速度.![](//pic.soolun.com/d/file/20211021/zxwl20190806-1-l.jpg)
同学们通过热烈的讨论,得到了各种实验方案.在学生讨论后,允许学生利用实验器材设计实验尝试解决问题.有了利用细钉测子弹速度的示范,很快有学生想到在滑块上固定细钉或铁条,令其通过光电门,求得滑块通过光电门时的瞬时速度.在实验过程中,学生发现滑块在水平气垫导轨上的运动几乎是不减速的,意识到滑块与气垫导轨间的气流太大,减小了摩擦.
最初的实验方案往往不够严谨,实验操作过程有各种困难,但学生在讨论与尝试中逐步完善并最终解决了问题,最初的体验使学生明白了如何思考讨论、合作解决问题,实验氛围如图5所示.![](//pic.soolun.com/d/file/20211021/zxwl20190806-2-l.jpg)
探究问题2:如何利用两个光电门、气垫导轨、数字计时器测量滑块运动的加速度.
同学们很快有了设计:在气轨上的滑块受恒力作用时,滑块做匀加速运动,分别测量滑块通过两个光电门时的初速度v1和末速度v2,并测出两个光电门的间距s,则滑块的加速度提高气轨的一端,以重力沿气轨的分力为滑块受的恒力,改变光电门的位置,经过多次实验测量获取多个加速度的数值,取平均值即为滑块在倾斜气轨上运动时的加速度.
学生讨论设计实验方案并尝试实验操作、分享展示实验成果,大大提高了学生的参与度,同时也为学生们增强了自信心.通过同学之间的讨论,更容易得到正确的结果,正确的思路.![](//pic.soolun.com/d/file/20211021/zxwl20190806-3-l.jpg)
利用现有实验装置测量速度与加速度,可以有多种不同的实验方案:
方法1:测量滑块通过两个光电门的速度与光电门之间的距离计算加速度,即上述学生自主讨论设计的实验方法.
方法2:测量速度变化所用时间,直接利用加速度的定义式进行计算,测量滑块通过两个光电门的时间间隔可以用数字计时器同时测量.![](//pic.soolun.com/d/file/20211021/zxwl20190806-4-l.jpg)
教师指导学生尝试方法2,记录通过第一个光电门的时间、通过第二个光电门的时间,通过两个光电门的时间间隔这三个数据,锻炼学生使用光电门、数字计时器的能力.
完成探究实验后,针对滑块与气垫导轨之间并没有接触这一发现,启发学生思考生活中是否有原理相似的物体或者装置.
展示磁悬浮地球仪,轻小物体可以利用磁体之间的相互吸引与排斥的作用力实现悬浮.学生们动手摆放磁悬浮地球仪,最终成功,關灯之后旋转的磁悬浮地球仪散发着五颜六色的光,极其绚丽.借助这一实物展示,学生们在得到极大满足感的同时,也对磁悬浮相关问题引起了很大的兴趣,对相应的问题印象深刻,如图6所示.
教师趁热打铁,课堂上又继续普及了磁悬浮列车的知识,给同学们播放了上海浦东磁悬浮列车的视频(如图7).看着飞驰的磁悬浮列车竟然可以达到如此高的速度,同学们惊叹不已,留下了深刻的印象.
关键词:物理学科素养;光电门;测速;实验设计
1 课堂引入
以超速行驶危害的安全宣传片引入,为同学们普及树立正确的法治观念的重要性,遵守交通规则,保障生命安全,为了让超速行驶的驾驶员接受相应的处罚,测量汽车行驶的瞬时速度是必要的.
2 实验原理
做直线运动的物体在Δt时间间隔内通过的位移为Δx,则物体在Δt间隔内的平均速度v=Δx / Δt:当Δt趋近于零时,平均速度就趋近于该时刻(或该位置)的瞬时速度.这是物理中重要的科学思想——极限思想在高中阶段的第一次应用.
一般情况下,选取物体在某一段很短的时间间隔内通过的一段很短的位移,计算得平均速度可近似代替物体瞬时速度.若所选取的时间间隔或者位移越短,求得的平均速度就越接近这段位移中间时刻的瞬时速度.
3 演示实验
3.1 演示实验器材
朗威数字传感器、光电门、玩具手枪、自制子弹.实验装置如图1~图3所示.
塑料子弹前端安装上一根细钉,并用塑料软管加以固定,特制的细钉子弹经过光电门的宽度很短,细钉直径约0.002m.
3.2 演示实验内容
使用光电门与传感器测量子弹的发射速度.将光电门放置在枪口前,发射子弹时,子弹的细钉通过光电门的时间被记录下来,经过传感器计算,在屏幕上实时显示子弹经过光电门时的速度,使同学们直观体验物体运动的瞬时速度大小.直观演示光电门测速,让学生通过观察体会,比纯理论讲解更容易让学生理解与掌握.多次发射子弹,我们得到了子弹的发射速度范围.
4 学生探究
探究问题1:如图4所示,如何利用一个光电门、气垫导轨、数字计时器测量滑块的瞬时速度.
![](http://pic.soolun.com/d/file/20211021/zxwl20190806-1-l.jpg)
同学们通过热烈的讨论,得到了各种实验方案.在学生讨论后,允许学生利用实验器材设计实验尝试解决问题.有了利用细钉测子弹速度的示范,很快有学生想到在滑块上固定细钉或铁条,令其通过光电门,求得滑块通过光电门时的瞬时速度.在实验过程中,学生发现滑块在水平气垫导轨上的运动几乎是不减速的,意识到滑块与气垫导轨间的气流太大,减小了摩擦.
最初的实验方案往往不够严谨,实验操作过程有各种困难,但学生在讨论与尝试中逐步完善并最终解决了问题,最初的体验使学生明白了如何思考讨论、合作解决问题,实验氛围如图5所示.
![](http://pic.soolun.com/d/file/20211021/zxwl20190806-2-l.jpg)
探究问题2:如何利用两个光电门、气垫导轨、数字计时器测量滑块运动的加速度.
同学们很快有了设计:在气轨上的滑块受恒力作用时,滑块做匀加速运动,分别测量滑块通过两个光电门时的初速度v1和末速度v2,并测出两个光电门的间距s,则滑块的加速度提高气轨的一端,以重力沿气轨的分力为滑块受的恒力,改变光电门的位置,经过多次实验测量获取多个加速度的数值,取平均值即为滑块在倾斜气轨上运动时的加速度.
学生讨论设计实验方案并尝试实验操作、分享展示实验成果,大大提高了学生的参与度,同时也为学生们增强了自信心.通过同学之间的讨论,更容易得到正确的结果,正确的思路.
![](http://pic.soolun.com/d/file/20211021/zxwl20190806-3-l.jpg)
利用现有实验装置测量速度与加速度,可以有多种不同的实验方案:
方法1:测量滑块通过两个光电门的速度与光电门之间的距离计算加速度,即上述学生自主讨论设计的实验方法.
方法2:测量速度变化所用时间,直接利用加速度的定义式进行计算,测量滑块通过两个光电门的时间间隔可以用数字计时器同时测量.
![](http://pic.soolun.com/d/file/20211021/zxwl20190806-4-l.jpg)
教师指导学生尝试方法2,记录通过第一个光电门的时间、通过第二个光电门的时间,通过两个光电门的时间间隔这三个数据,锻炼学生使用光电门、数字计时器的能力.
5 实验与生活
完成探究实验后,针对滑块与气垫导轨之间并没有接触这一发现,启发学生思考生活中是否有原理相似的物体或者装置.
展示磁悬浮地球仪,轻小物体可以利用磁体之间的相互吸引与排斥的作用力实现悬浮.学生们动手摆放磁悬浮地球仪,最终成功,關灯之后旋转的磁悬浮地球仪散发着五颜六色的光,极其绚丽.借助这一实物展示,学生们在得到极大满足感的同时,也对磁悬浮相关问题引起了很大的兴趣,对相应的问题印象深刻,如图6所示.
教师趁热打铁,课堂上又继续普及了磁悬浮列车的知识,给同学们播放了上海浦东磁悬浮列车的视频(如图7).看着飞驰的磁悬浮列车竟然可以达到如此高的速度,同学们惊叹不已,留下了深刻的印象.