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1、從《自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律》的教學(xué)談學(xué)生科學(xué)探究精神的培養(yǎng)
寶雞教育學(xué)院物理計(jì)算機(jī)系 湯超 721001
摘要：《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》在高中物理課程總目標(biāo)中指出：“學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，能運(yùn)用物理知識(shí)和科學(xué)探究方法解決一些問(wèn)題。”本文就高一物理《自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律》一節(jié)課教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神以及讓學(xué)生利用Excel快速處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)談?wù)勛约旱捏w會(huì)。
關(guān)鍵詞：物理課程標(biāo)準(zhǔn) 科學(xué)探究 處理 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
滬科版高中物理必修一第二章第一節(jié)課學(xué)生已經(jīng)了解到伽利略是如何研究落體運(yùn)動(dòng)，并認(rèn)識(shí)到從伽利略時(shí)代開(kāi)始才真正誕生了物理學(xué)，因?yàn)樗_(kāi)創(chuàng)了研究物理學(xué)問(wèn)題
2、的科學(xué)方法，使人們不再憑直覺(jué)產(chǎn)生物理學(xué)理論，而是需要大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證人們的猜想，最后再得出科學(xué)結(jié)論。但是伽利略在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有總結(jié)出自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，現(xiàn)在我們就開(kāi)始用科學(xué)的方法探究自由落體運(yùn)動(dòng)究竟是怎樣一種運(yùn)動(dòng)。
前面我們已經(jīng)做過(guò)利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄物體的運(yùn)動(dòng)信息的實(shí)驗(yàn)，下面我們就通過(guò)從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶來(lái)研究自由落體運(yùn)動(dòng)的情況。
以下給出的是通過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器得到的自由落體運(yùn)動(dòng)的紙帶信息
自由落體運(yùn)動(dòng)物體的紙帶信息
先讓學(xué)生觀察紙帶上的點(diǎn)的分布規(guī)律，提出合理猜想。
有的同學(xué)通過(guò)觀察會(huì)猜想：自由落體運(yùn)動(dòng)是一個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。
這時(shí)候我們會(huì)問(wèn)學(xué)生：這個(gè)猜想是不是一定就
3、是正確的？如何才能證實(shí)這個(gè)猜想是正確的呢？
學(xué)生會(huì)回答：不一定正確，必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證才能證實(shí)。
這時(shí)我們可以讓學(xué)生來(lái)研究以上這條紙帶上的運(yùn)動(dòng)信息是不是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，并讓學(xué)生學(xué)會(huì)判斷勻加速直線運(yùn)動(dòng)的多種方法。下面主要介紹三種判斷方法：
一、驗(yàn)證物體在不同位移段的加速度a是不是恒定不變的？
先推導(dǎo)出求加速度的公式：
告訴學(xué)生推導(dǎo)這個(gè)公式的目的主要是因?yàn)榧垘系膕和t容易測(cè)量，可以通過(guò)此公式求出不同位移段物體的加速度a。
接下來(lái)就讓學(xué)生分別求出AB、AC、AD、AE、AF不同段的加速度，學(xué)生可以直接用上面的推導(dǎo)公式用計(jì)算器求出不同位移段的加速度。在此可以教
4、給學(xué)生利用Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。
首先打開(kāi)Excel，在A1單元輸入t， A2單元格輸入s， A3單元格輸入2s/t^2，然后分別在B1到F1單元格中輸入0.02，0.04，0.06，0.08，0.10，由于這組數(shù)據(jù)是等差數(shù)列，可以教給學(xué)生采用拖動(dòng)填充柄的方法輸入這組數(shù)據(jù)；在B2到F2單元格分別輸入1.9，=B2+5.8，=C2+9.6，=D2+13.4，=E2+17.3，輸入完后，會(huì)在B2到F2單元格顯示出1.9，7.7，17.3，30.7，48。在B3單元格輸入公式，回車(chē)后顯示9500，然后拖動(dòng)B3單元格右下角的填充柄至F3，對(duì)公式進(jìn)行復(fù)制，就會(huì)在C3到F3單元格分別顯示出962
5、5，9611.111，9593.75，9600，單位是mm/s2，這就是自由落體運(yùn)動(dòng)在不同位移段的加速度的大小，告訴學(xué)生在誤差允許范圍之內(nèi)，可以認(rèn)為這不同位移段的加速度是相等的，所以自由落體運(yùn)動(dòng)就是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證猜想正確。
二、驗(yàn)證速度是否均勻增加？
利用同樣的方法，在Excel可以得到以下表格：
由表格可以看出，在誤差允許的范圍之內(nèi)，相等的時(shí)間內(nèi)的速度變化量△v是相等的，根據(jù)加速度的定義式知，加速度a是恒定不變的，由此也可驗(yàn)證自由落體運(yùn)動(dòng)是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。
三、圖像法
在這里教給學(xué)生直接利用Excel中的圖表功能
6、得到v-t圖像，如果圖像是一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線，同樣可以證明此結(jié)論。
從第二種方法得到的表格可以看出，A、B、C、D、E、F各點(diǎn)的瞬時(shí)速度分別為0，190mm/s，385mm/s，577mm/s，768mm/s，960mm/s，對(duì)應(yīng)的時(shí)刻分別為0，0.02s，0.04s，0.06s，0.08s，0.10s，可以得到一個(gè)繪制v-t圖像的數(shù)據(jù)列表。
然后選中該表格，用鼠標(biāo)單擊插入菜單中的圖表命令，打開(kāi)圖表向?qū)?duì)話框，在標(biāo)準(zhǔn)類型里選擇XY散點(diǎn)圖，在子圖表類型中選平滑線散點(diǎn)圖，點(diǎn)下一步，在數(shù)據(jù)區(qū)域選系列產(chǎn)生在行，點(diǎn)下一步，在圖表標(biāo)題欄輸入v-t圖像，在數(shù)值（X）軸輸入t，在數(shù)值（Y）軸輸入v，點(diǎn)下一步，默認(rèn)設(shè)置，單擊完成，可得到v-t圖像，如圖所示。
由圖像可知，自由落體運(yùn)動(dòng)就是初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)以上教學(xué)，學(xué)生體會(huì)到一個(gè)物理結(jié)論的產(chǎn)生，必須要進(jìn)行科學(xué)的探究過(guò)程，并且在科學(xué)探究過(guò)程中可以利用Excel快速處理數(shù)據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
1、《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》 人民教育出版社
2、《Excel公式與函數(shù)應(yīng)用范例》，中國(guó)青年出版社，李繼兵編著
此篇文章發(fā)表于《中學(xué)物理》2010年第4期雜志。
從《自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律》的教學(xué)談學(xué)生科學(xué)探究精神的培養(yǎng)
