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1、從《自由落體運動規(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)院物理計算機系 湯超 721001
摘要：《普通高中物理課程標(biāo)準》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，能運用物理知識和科學(xué)探究方法解決一些問題?！北疚木透咭晃锢怼蹲杂陕潴w運動規(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快速處理實驗數(shù)據(jù)談?wù)勛约旱捏w會。
關(guān)鍵詞：物理課程標(biāo)準 科學(xué)探究 處理 實驗數(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動，并認識到從伽利略時代開始才真正誕生了物理學(xué)，因為他開創(chuàng)了研究物理學(xué)問題
2、的科學(xué)方法，使人們不再憑直覺產(chǎn)生物理學(xué)理論，而是需要大量的實驗驗證人們的猜想，最后再得出科學(xué)結(jié)論。但是伽利略在當(dāng)時并沒有總結(jié)出自由落體運動的規(guī)律，現(xiàn)在我們就開始用科學(xué)的方法探究自由落體運動究竟是怎樣一種運動。
前面我們已經(jīng)做過利用打點計時器記錄物體的運動信息的實驗，下面我們就通過從打點計時器打出的紙帶來研究自由落體運動的情況。
以下給出的是通過打點計時器得到的自由落體運動的紙帶信息
自由落體運動物體的紙帶信息
先讓學(xué)生觀察紙帶上的點的分布規(guī)律，提出合理猜想。
有的同學(xué)通過觀察會猜想：自由落體運動是一個初速度為零的勻加速直線運動。
這時候我們會問學(xué)生：這個猜想是不是一定就
3、是正確的？如何才能證實這個猜想是正確的呢？
學(xué)生會回答：不一定正確，必須通過實驗驗證才能證實。
這時我們可以讓學(xué)生來研究以上這條紙帶上的運動信息是不是勻加速直線運動，并讓學(xué)生學(xué)會判斷勻加速直線運動的多種方法。下面主要介紹三種判斷方法：
一、驗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)這個公式的目的主要是因為紙帶上的s和t容易測量，可以通過此公式求出不同位移段物體的加速度a。
接下來就讓學(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處理實驗數(shù)據(jù)的方法。
首先打開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，回車后顯示9500，然后拖動B3單元格右下角的填充柄至F3，對公式進行復(fù)制，就會在C3到F3單元格分別顯示出962
5、5，9611.111，9593.75，9600，單位是mm/s2，這就是自由落體運動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)，可以認為這不同位移段的加速度是相等的，所以自由落體運動就是初速度為零的勻加速直線運動，驗證猜想正確。
二、驗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，由此也可驗證自由落體運動是初速度為零的勻加速直線運動。
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，如果圖像是一條過坐標(biāo)原點的直線，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各點的瞬時速度分別為0，190mm/s，385mm/s，577mm/s，768mm/s，960mm/s，對應(yīng)的時刻分別為0，0.02s，0.04s，0.06s，0.08s，0.10s，可以得到一個繪制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，打開圖表向?qū)υ捒颍跇?biāo)準類型里選擇XY散點圖，在子圖表類型中選平滑線散點圖，點下一步，在數(shù)據(jù)區(qū)域選系列產(chǎn)生在行，點下一步，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，點下一步，默認設(shè)置，單擊完成，可得到v-t圖像，如圖所示。
由圖像可知，自由落體運動就是初速度為零的勻加速直線運動。
通過以上教學(xué)，學(xué)生體會到一個物理結(jié)論的產(chǎn)生，必須要進行科學(xué)的探究過程，并且在科學(xué)探究過程中可以利用Excel快速處理數(shù)據(jù)。
參考文獻：
1、《普通高中物理課程標(biāo)準（實驗）》 人民教育出版社
2、《Excel公式與函數(shù)應(yīng)用范例》，中國青年出版社，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《自由落體運動規(guī)律》的教學(xué)談學(xué)生科學(xué)探究精神的培養(yǎng)
