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利用數碼相機和氣墊導軌探究“運動的合成與分解”

來源:不詳       更新時間:2013-1-22 11:58:53
 
    新教材高中物理必修2(人教版)第6章第2節“運動的合成與分解”中介紹了“紅蠟塊的運動”演示實驗,筆者在實際教學中發現該實驗至少存在兩點不足:1玻璃管水平移動很難保證其勻速運動;2蠟塊的運動軌跡是不是直線,很難觀察清楚.為了豐富探究內涵,提高演示效果,使實驗現象與理論分析更加吻合,筆者對其進行了重新設計.
  


  設計1:利用氣墊導軌演示玻璃管的水平運動先用易拉罐的金屬殼制作一個“E”字形狀的小固定支架,然后再用氣墊滑塊上的一個螺釘把支架與滑塊固定在一起,如圖1所示(局部放大效果圖).需要演示時將玻璃管豎直插進支架上的兩個限位孔內,這樣玻璃管就能和氣墊滑塊
  
  一起運動了.由于氣墊滑塊能被導軌內噴射氣流托起懸空,滑塊幾乎不受摩擦力.所以演示勻速運動的效果非常好.為了避免滑塊超重,玻璃管長度選擇不宜過長,大約60cm即可,直徑不超過10mm為好.
  


  設計2:利用數碼相機記錄蠟塊的合運動軌跡先在講臺上調試好氣墊導軌,將滑塊置于氣墊導軌的一端.同時在講臺的正前方大約3m處支好數碼相機,并將相機調整到“動畫拍攝”狀態.然后將玻璃管倒置插進支架內(為了保證實驗開始前能把紅蠟塊控制在玻璃管底部,不讓它自動上浮,事先可在紅蠟塊內插入一根大頭針,用磁鐵在玻璃管外面吸住它).當正式實驗開始時取走磁鐵并輕輕推動滑塊,使滑塊以小于0.1m/s的速度滑行并將其運動過程拍攝下來,實驗再重復2次.最后,將“動畫錄象”導入電腦投放到大屏幕,供全班學生觀察和分析,如圖2所示.為了便于觀察分析,先在大屏幕上直接建立直角坐標系,再由2名學生分別在A、B兩點之間拉緊一條細繩,這樣就能夠非常清晰地觀察到紅蠟塊R沿細繩作直線運動的事實.
  
  以上兩項設計,不僅僅是解決了原有演示細節上的不足,而且還在實驗的功能上有所創新.其突出的優點是:
  
  1增大了演示可見度.原來只有前排少數學生看得清楚,現在把紅蠟塊的動態過程投影到大屏幕上有助于全班學生進行觀察和分析.而且,教師還可以根據教學需要靈活地控制播放方式,如畫面暫停、圖像放大等.
  
  2提高了實驗可信度.氣墊導軌保證了玻璃管的穩定性和勻速平移的效果,大大減少了實驗誤差.演示精度的提高不僅為下一階段的理論分析奠定了基礎,而且所有圖像、數據等信息的采集都是現場完成,
  
  現場呈現,會讓學生們感到非常親切、自然、真實、可信.
  
  3將現有新老教具進行了優化組合.一般學校實驗室都有的傳統教學儀器———氣墊導軌又重新發揮了作用.滑塊上固定支架的材料選擇與制作都十分簡單用的是易拉罐殼.新電子產品數碼相機的使用要比攝像機普及,很多學生都會操作.相機上“動畫攝錄功能”設定時間一般在1~8min,用于課堂演示綽綽有余.可以說,其改進后的實驗效果一點也不比高成本的DIS系統遜色.
  
  4充分調動了學生探究的積極性.重新設計后的演示實驗變成了一個內涵豐富、引人入勝的“探究性學習”課題,全部的實驗設計與探究活動包括前期的儀器選擇與材料制作、現場的安裝調試與演示攝錄、后期的理論推證與應用分析等過程都可以在教師的指導下由學生們自主性地合作完成.

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