物理常规实验与实验创新研究_物理论文

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随着全国新课改的全面推进,物理教学中对实验的重视程度越来越高,本文从物理学中关于“摆”的常规实验与实验创新谈些认识,与各位同行商榷。

一、关于常规实验

物理实验是物理学的基础,也是物理教学的重要内容。学生实验是学生自主探究、获取与应用知识、提高科学素养和科学能力的重要途径。在实验教学中既要提倡运用现代信息技术,又要重视和发展传统的、简易的实验手段和方法。

1.常规实验研究

课题 双线摆周期的研究。

如图1,双线摆的摆球在小角度摆动时,观察摆球在摆动时与单摆摆动时有什么共同点(引出周期性)。再研究其周期如何确定。学生猜想:双线摆的周期等效为摆长为其中垂线的一个单摆的周期。然后,通过实验比较、验证。改变摆线长度等条件,再实验研究,得出结论。

图1

2.常规实验与信息技术的整合

充分运用信息技术,培养学生信息意识,提高学生获取信息、处理和应用信息的能力,以适应学生在信息时代终身可持续发展的需求。演示实验能展现物理过程,示范实验技能,体现物理思想。在物理课堂教学中,利用DIS实时采集、处理数据,迅速得出结论。

课题 用DIS实验系统来研究单摆的周期与重力加速度

如图2,测出摆球的半径与摆线的长度。在介绍运用常规实验测定重力加速度的基础上,用DIS实验,应用计算机辅助系统,将图中的光电传感器接到数据采集器的输入口,点击实验菜单中的“用单摆测重力加速度”。单摆摆动后,点击“记录数据”,显示屏将得出一组单摆的周期与重力加速度的值。

图2

二、关于实验创新

在自然现象中,人们常常看到苹果树或橘子树上结的果实,在外界的微扰动下自由摆动。能否运用物理知识,探究有关摆动的周期呢?

用一根长为L较细且很轻的PVC管,穿两个质量相等的苹果,一个苹果固定在处,另一个固定在一端。悬挂PVC管的另一端,作成一个“苹果摆”,如图3所示。在外界的微扰动下,忽略空气阻力和一切摩擦,让它作微角度的自由摆动,探究其周期。

图3

分析 1.有人可能猜想,因PVC管很轻,两苹果的重心距悬点为,把它看作一个摆长为的单摆,在外界的微扰动下,忽略空气阻力和一切摩擦,让它作微角度的自由摆动,其周期T为:

2.实验验证。再拿一同样的“苹果摆”,但把两个苹果固定在距悬点为处,让两摆悬挂在一个固定支架下,然后让两摆同时均从偏离竖直角度θ<5°处开始自由摆下,比较两摆的摆动情况,可发现它们的周期并不相等。

3.设想有一摆长为L',质量为m'的单摆,它与“苹果摆”周期相等,让两摆均从偏离竖直角度θ<5°处开始自由摆下,由机械能守恒定律得:

对“苹果摆”:

可以进一步思考:对于一些物体自由摆动的自然现象,通过观察,建立物理模型,科学分析与实验验证,应用等效的方法,确定规则及不规则的物体,在外界的微扰动下,忽略空气阻力和一切摩擦,作微角度的自由摆动的周期。当然,我们也可以通过秒表或有关传感器,测定其周期。

在外界的微扰动下,忽略空气阻力和一切摩擦,“苹果摆”作自由摆动时,也可以由:

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