匀速直线运动实验的改进

匀速直线运动实验的改进
学号：122003081 姓名：夏燕程
摘要：物理实验是探究物理规律的重要方法。

初二的学生学习物理所作的“第一个”物理实验应该就是匀速直线运动的规律探究，因为，我觉得先前的物理实验只是对一些物理现象的重现。

匀速直线运动的研究关键是寻找一个作匀速直线运动的物体，本文通过对匀速直线运动实验的思考和三种具体的改进，试图寻找物理实验改进和创新的方法，从而提高物理实验的可视性与可操作性。

关键词：匀速直线运动改进
正文：
一问题的提出
匀速直线运动是八年级上册物理（苏科版）的重要教学内容，也是学生学习物理的入门。

学生学完这一节后，应该学会用定量计算的方法研究物体的运动规律。

同时，本节内容也是上一节内容速度的拓展和延伸。

物理学习重要一点就是让学生用物理的方法去探究物理问题，从物理的视角观察物理现象。

匀速直线运动这一节内容主要描述了物体的两种运动形式—匀速直线运动和变速直线运动，学生通过实验得到匀速直线运动的特征，通过观察和计算得到变速直线运动的特点。

然而，自然界很少会出现真正的匀速直线运动这种运动形式，书本也只是列举了站在自动扶梯上的人和在冰面上的滑行一定情况下可以近似的看成是匀速直线运动。

那么学生如何利用实验探究匀速直线运动的运动规律呢？
二现有的实验方法
要用实验探究匀速直线运动，首先是要找
到一个做匀速直线的物体，然后利用刻度尺测
量运动路程，秒表测量对应的运动时间。

关键
是如何才能找到作匀速直线运动的物体呢？
教科书给了我们一个很好的提示：利用水中的
气泡在上升时受到浮力和水的阻力的作用（忽
略气泡自身重力），阻力随气泡速度的增加而
变大，当阻力大小等于浮力时，气泡受平衡力
作匀速直线运动。

这里存在三个问题：
1 气泡受到的浮力会不会发生变化？我的答案是会发生变化。

因为在地球附近的水的内部存在压强，气泡在向上运动过程中受到水的压强会发生变化。

那么气泡的体积也会发生变化，气泡的浮力也是变化的。

当然这种变化不是非常显著，但确实会影响到气泡的运动。

2 水和气泡都是无色透明，初中学生实验过程中观察不够到位，容易发生漏测、误测现象。

3 一般情况下，竖直放置的玻璃管中气泡运动较快，学生来不及测量。

针对这些问题，许多老师想出了各种解决方法。

三问题的解决和思考
方法一：将玻璃管中的水换成油，研究气泡在油当中上升的情况。

首先油是有颜色的和气泡颜色存在一定差异，方便学生的观察与测量。

其次油的粘滞系数较大，气泡在油中的运动比水中要慢一些，方便学生的时间测量。

存在问题：1 没有解决气泡受到的浮力也会发生变化的问题，在一定误差允许范围内，这个可以忽略不计。

2 在将油注入玻璃管内时，要注意保证只有一个气泡在油内运动。

3、注油的玻璃管保存、清洗、成本方面逊色于注水的玻璃管。

4、油的粘滞阻力等物理量随外界温度的变化比较明显。

方法二：将气泡换成小蜡烛块，研究小蜡烛块在水中的上升。

这种方法是为了解决浮力变化问题，因为固态的小蜡块形状和体积是固定的。

同时也方便学生的测量，因为我们一般选用的是红色的小蜡块，与透明无色的水存在较大差别，易于观察。

但也存在一定的问题，因为蜡的密度是小于水的密度的。

蜡块完全浸没时，受到的浮力大于重力，在非平衡力作用下，小蜡块在水中上升得越来越快，不是做匀速直线运动的，怎样才能使小蜡块作匀速直线运动呢？也有比较好的解决方法。

在蜡块中插入一定个数的图钉和大头针(图钉似乎属于“粗调”，而大头针是“细调”)。

通过调节图钉和大头针的数量，使蜡块整体的密度略小于水的密度(要考虑阻力的存在)，从而实现小蜡块在水中上升时作匀速直线运动，或者近似的匀速直线运动。

当然，这样做也存在一定的麻烦，教师在上课前必须很好的调节蜡块整体的密度，调节过程也比较麻烦，靠的是感觉。

如果想做学生分组实验，那么教师的工作量就非常的大。

除非是上公开课、优课评比，我相信没有教师会这么做。

2011年，我们学校的一位教师参加南通市初中物理优课评比，恰好抽中了《匀速直线运动》这个课题。

由于是我想到了这种实验改进方案，最后我们初中物理组全体12位同仁，做蜡烛快做了3天，耗费了很长时间。

其实准备时间长也不见得是什么坏事，因为这种制作属于一次制造“恒久”使用的那种，我们学校近两年讲解匀速直线运动时，都是利用这套器材进行学生分组实验的，效果不错。

方法三：气垫导轨
实验方法是多种多样的，实验的改进也是永无止境的。

但教师和学生一般只会做现成的实验，能够在现成的实验基础上有所改进已经属于实验方法的创新了。

关键原因是教师受到现有实验的影响比较大，觉得只能按照书本上的实验进行或者说只能利用书本提供的思路进行实验的思考与创新。

能不能跳出现有的框架，是实验创新的前提。

南京师范大学的仲扣庄教授给我们在职研究生开设了物理实验方法的相关课程，我觉得大有裨益。

仲老师给我们介绍了气垫技术和气垫导轨，我觉得利用气垫导轨也可以很好的做匀速直线运动的相关实验。

气垫导轨是一种现代化的力学实验仪器。

它利用小型气源将压缩空气送入导轨内腔。

空
气再由导轨表面上的小孔中喷出，在导轨表面
与滑行器内表面之间形成很薄的气垫层。

滑行
器就浮在气垫层上，与轨面脱离接触，因而能
在轨面上做近似无阻力的直线运动，极大地减
小了以往在力学实验中由于摩擦力引起的误
差。

使实验结果接近理论值。

结合打点计时器、
光电门、闪光照相等，测定多种力学物理量和验证力学定律。

中学物理实验中，利用气垫导轨验证动量守恒定律，研究弹簧振子的运动规律,研究物体的加速度等，和理论值就非常接近。

教师在实验前要认真阅读产品说明书，搞清仪器的结构原理和使用方法。

然
后打开气源，用沾有少许酒精的脱脂棉清洁气垫导轨及滑块内表面。

将挡光片装在滑块脊上，架好光电门并调节他们的高度，使挡光片刚好能从光电门的红外发光二极管和光敏三极管中通过，将两光电门的引线插头分别插入电子计时器。

接下来教师应该调节气垫导轨的水平。

（1）粗调：静态调平法，开启气源，将滑块轻轻置于气垫导轨上，使其自由滑动，调节单底角螺丝，直到滑块不动或虽有微小滑动但无一定方向为止。

（2）细调：动态调节法，将电子计时器的功能定在碰撞，轻推滑块，使滑块以一定的速度向气垫导轨的一端运动，直到在端点处被弹回。

往复一次，电子计时器一次显示4个时间，如果前两次与后两次的时间差接近，可以认为水平已经调好。

（3）教师检测滑块是否做匀速直线运动。

电子计时器的功能选在速度档上，轻推滑块，使其以一定的初速度运动，先后经过光电门。

可以在电子计时器上得到滑块通过两个光电门时的速度，两次的速度应该相等或者误差比较小。

学生分组实验：（1）教师将光电门和电子计时器撤去，因为初中学生暂时不会使用这些器材。

（2）学生在滑块上选择4个位置点（不能从起点开始，一定要从滑块开始运动一段时间后开始测量），记下滑块运动的路程。

（3）轻推滑块，使滑块以较慢的速度向另一端运动。

用秒表记下滑块分别通过4个位置点的时间。

将数据填入表格。

实验优点：精确、科学、数据误差小、学生实验难度小。

实验缺点：教师实验前的准备时间比较长，需要花费较多时间完成气垫导轨的调节。

同时，初中阶段的学生比较调皮，要教育好学生如何使用气垫导轨，或者以教师为主导，学生只要使用秒表测出滑块到某一位置的时间就行。

毕竟气垫导轨不是初中阶段的教学任务。

总之，教学改革之路不止，实验创新之法不息。