高中物理人教版第五章曲線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究平拋運(yùn)動(dòng) 平拋運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

平拋運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

摘要：現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)日新月異，高速發(fā)展，如何利用我們手中一些先進(jìn)的工具，加入到我們的課堂教學(xué)中來(lái)，改進(jìn)我們現(xiàn)有的教育教學(xué)手段，改進(jìn)我們的現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方式，提高教學(xué)效率，是擺在我們面前的一個(gè)熱門(mén)話題，也是我們一線教師在教育教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)該多觀察、多思考、多探究和多實(shí)踐的。例如，我們可以用具有頻閃功能的數(shù)碼相機(jī)來(lái)改進(jìn)平拋運(yùn)動(dòng)演示實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵字：頻閃照相、平拋運(yùn)動(dòng)

一、用更精細(xì)的方法來(lái)演示平拋運(yùn)動(dòng)

粵教版必修2第一章《拋體運(yùn)動(dòng)》第四節(jié)《平拋物體的運(yùn)動(dòng)》，是高中物理中一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，也是高考考點(diǎn)。從原來(lái)的直線運(yùn)動(dòng)到曲線運(yùn)動(dòng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)很容易遇到障礙，我們教師需要考慮怎樣將問(wèn)題化難為簡(jiǎn)。平拋運(yùn)動(dòng)的概念是：水平拋出的物體只在重力作用下的運(yùn)動(dòng)。從運(yùn)動(dòng)性質(zhì)上看，平拋運(yùn)動(dòng)是加速度為重力加速度的勻加速曲線運(yùn)動(dòng)，軌跡是拋物線。

圖1、傳統(tǒng)的平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)器我們教師如何對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的分解和探究講解，才讓復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單直觀和易于理解呢？傳統(tǒng)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀（如圖1），操作比較復(fù)雜、繁瑣，在課堂上做演示探究時(shí)比較費(fèi)時(shí)，實(shí)驗(yàn)得出平拋運(yùn)動(dòng)小球的痕跡是靠復(fù)寫(xiě)紙留下的，時(shí)隱時(shí)現(xiàn)，不夠清晰，而且誤差比較大，不利于我們對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的分解學(xué)習(xí)，不利于對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的分析和論證。課本必修2第16頁(yè)提到：我們可以用頻閃照相的方法更精細(xì)地研究平拋運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。并且附有頻閃照片，說(shuō)明用頻閃照相的方法能得出更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。但是一般來(lái)說(shuō)頻閃照相實(shí)驗(yàn)在大學(xué)才有條件開(kāi)展，在中學(xué)實(shí)驗(yàn)室中并沒(méi)有配備這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備，我們?nèi)绾卫檬种鞋F(xiàn)有的器材（如相機(jī)）來(lái)實(shí)現(xiàn)頻閃照相呢？在熱愛(ài)攝影的劉主任的指導(dǎo)和協(xié)助下，我成功地實(shí)現(xiàn)了利用數(shù)碼相機(jī)對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的小球進(jìn)行頻閃照相，取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。一、實(shí)驗(yàn)過(guò)程1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦镁哂蓄l閃功能的數(shù)碼相機(jī)演示和分析平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)

2、材料器具

平拋軌道（帶鋼球）、水平尺、具有頻閃功能的閃光燈（例如尼康SB800、SB900、索尼F58AM等）、支持手動(dòng)功能的數(shù)碼相機(jī)、黑布（背景）、計(jì)算機(jī)及其輔助軟件（幾何畫(huà)板）。如圖2所示。

3、方法步驟

（1）安裝好平拋軌道，用水平尺檢測(cè)出口軌道是否水平；

（2）安裝好數(shù)碼相機(jī)（設(shè)定快門(mén)時(shí)間為1秒）及閃光燈（閃光頻率為20Hz，閃6次），調(diào)整好焦距；

（3）在斜軌上釋放小球，讓小球做平拋運(yùn)動(dòng)；

（4）按下快門(mén)，閃光燈多次曝光，抓拍小球在空中運(yùn)動(dòng)的圖像；

（5）重復(fù)步驟（3）和（4），選取一張效果最好的相片（小球剛好離開(kāi)水平軌道）；

（6）將相片放在計(jì)算機(jī)的幾何畫(huà)板軟件中，套上網(wǎng)格線，分析做平拋運(yùn)動(dòng)的小球在水平方向和豎直方向上的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論

①?gòu)恼掌锌梢院苤庇^地看到平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡，如圖3所示；

②經(jīng)過(guò)幾何畫(huà)板的網(wǎng)格分析可見(jiàn)：相鄰的兩個(gè)小球在水平方向距離幾乎相等，在豎直方向上的距離比基本滿(mǎn)足1：3：5：……的關(guān)系，如圖4所示。說(shuō)明做平拋運(yùn)動(dòng)的小球，在水平方向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向上做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。

5、實(shí)驗(yàn)注意：

（1）數(shù)碼相機(jī)的鏡頭最好使用定焦鏡，這樣就能更容易照出清晰的小球；

（2）實(shí)驗(yàn)中最重要的器材之一就是具有頻閃功能的閃光燈，實(shí)驗(yàn)前可以調(diào)節(jié)不同的頻率多次拍照，設(shè)定自己認(rèn)為合適的閃光頻率和次數(shù)；

（3）如果直接對(duì)小鋼球進(jìn)行拍照，會(huì)使光滑銀色的小鋼球反光導(dǎo)致照出來(lái)的小鋼球變成一個(gè)個(gè)光點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)最好將小鋼球涂成白色；

（4）因?yàn)殚W光燈多次曝光，反光很強(qiáng)，最好在黑色的背景下進(jìn)行拍攝，比如用黑色棉布做背景，這樣才不至于反光太強(qiáng)，也能使相片中的小鋼球顯得更清晰。

三、討論與延伸

對(duì)于上述從實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論，我們可以運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律作出分析和解析。小鋼球離開(kāi)水平軌道后，在水平方向（即初速度方向）上不受力，小鋼球由于慣性而做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度等于平拋物體的初速度。在豎直方向上，小鋼球只受重力的作用，并且初速度為零，小鋼球做自由落體運(yùn)動(dòng)。

綜上所述，我們可以得出如下結(jié)論：平拋運(yùn)動(dòng)在水平方向上的分運(yùn)動(dòng)是勻速直線運(yùn)動(dòng)；在豎直方向上的分運(yùn)動(dòng)是自由落體運(yùn)動(dòng)。

這樣，我們就可以把比較復(fù)雜的平拋運(yùn)動(dòng)分解為兩個(gè)簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)，從而使問(wèn)題的研究大大地簡(jiǎn)化了，學(xué)生掌握平拋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)也變得更加容易。

與傳統(tǒng)的平拋運(yùn)動(dòng)演示儀相比，用數(shù)碼相機(jī)頻閃照相得出來(lái)的平拋運(yùn)動(dòng)圖片，非常直觀，再用幾何畫(huà)板分析它的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，準(zhǔn)確明了，學(xué)生更容易理解和接受。雖然課本上有平拋運(yùn)動(dòng)的頻閃照片，但是中學(xué)實(shí)驗(yàn)室里面基本沒(méi)有這樣的儀器，學(xué)生也不是很明白頻閃照相是怎么回事，通過(guò)對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用，利用一臺(tái)帶手動(dòng)功能的數(shù)碼相機(jī)和具有頻閃功能的閃光燈，我們也很容易實(shí)現(xiàn)頻閃照相，將復(fù)雜的曲線運(yùn)動(dòng)分解處理，使復(fù)雜的現(xiàn)象簡(jiǎn)單明了，提高課堂效率。

在演示使用頻閃照相的過(guò)程中，我們可以抽一點(diǎn)時(shí)間來(lái)跟學(xué)生講解頻閃照相的原理，比如頻閃照相時(shí)閃光的時(shí)間間隔是固定的，它與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的效果有相同的地方，使學(xué)生以后面對(duì)有關(guān)頻閃問(wèn)題時(shí)能夠從容面對(duì)。如果我們?cè)谡障嗟臅r(shí)候放上刻度尺，根據(jù)頻閃的頻率和兩個(gè)小球之間豎直方向的距離，可以計(jì)算平拋運(yùn)動(dòng)在豎直方向上的加速度（即重力加速度g），如圖5所示。我們還可以更進(jìn)一步地在其它的實(shí)驗(yàn)中實(shí)踐和探究使用頻閃照相技術(shù)，例如將頻閃照相技術(shù)應(yīng)用到牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，可以完全消除因?yàn)榧垘c打點(diǎn)計(jì)時(shí)器間的摩擦帶來(lái)的影響。類(lèi)似的應(yīng)用還有很多，這就需要我們物理教師在平時(shí)的教學(xué)活動(dòng)中