基于DIS驗證合速度與分速度的定量關(guān)系

陜西省西安市經(jīng)開第一中學(710018) 孫 濤

1 設計意圖

在中學物理教學中，有很多學生難以理解的習題，教師反復強調(diào)、總結(jié)，學生死記硬背，教學效果甚微。其中運動的分解，就屬于這類問題，學生常對該如何分解速度搞不清楚或很難正確理解。一直以來，教師在處理該問題時，常常告訴學生分解步驟：第一步確定合速度即實際速度；第二步將合速度沿繩端和垂直繩端分解。具體分解原因含糊不清，學生按部就班。教學中缺乏一定的實驗幫助學生搭建思維臺階，降低學習難度。筆者借助數(shù)字化物理實驗平臺，自制實驗教具，有效突破了這一教學難點。

2 實驗背景

人用繩子通過定滑輪拉物體A，物體A穿在光滑的豎直桿上，當以速度v0勻速地拉繩使物體A到達如圖1所示位置時，繩與豎直桿的夾角為θ，物體A實際運動的速度是( )。

圖1 實驗圖示

圖2 運動分析

3 自制教具

3.1 制作材料

長60cm、寬50cm的不銹鋼矩形支架，長50cm的窗簾軌道2根，窗簾滑輪2個(模擬2個運動物體)，長50cm、直徑2cm的PVC管2根，管卡2個，自制量角器，寬1cm的擋光片，DIS實驗系統(tǒng)，302膠，若干細繩等。

3.2 實驗裝置

(1)將2根窗簾軌道、PVC管分別固定于不銹鋼矩形支架上，2個滑輪置于窗簾軌道上，確保順利滑動。

(2)管卡一側(cè)與光電門粘結(jié)，另一側(cè)卡于PVC管上，方便調(diào)節(jié)光電門的位置，以便獲取不同位置物體的速度。

(3)光電門數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集器連接，DIS實驗系統(tǒng)記錄并處理實驗數(shù)據(jù)。

(4)實驗裝置示意圖如圖3所示，實物圖如圖4所示。

圖3 實驗裝置示意圖

4 實驗過程

(1)打開DISLab實驗軟件6.9版通用軟件界面。

(2)數(shù)據(jù)采集器第Ⅰ、Ⅱ通道分別與光電門1、2連接。

圖4 實物圖

(3)點擊“計算表格”出現(xiàn)t1、t2，輸入“變量”d，即擋光片寬度d＝0.01m，點擊“公式”，自定義公式，輸入v1＝d/t1、v2＝d/t2。如圖5界面所示。

圖5 軟件界面

(4)調(diào)節(jié)實驗裝置，使細繩與水平方向夾角θ分別為20°、30°、40°、50°，并固定光電門的位置，手拉小車，確保小車上固定的擋光片與光電門平齊。

(5)依次點擊“開始”“結(jié)束”完成實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 理論值對照表

(6)數(shù)據(jù)分析

將上述實驗實測數(shù)據(jù)與表1理論值比較?？梢钥闯?，該實驗教具所得數(shù)據(jù)較為準確，充分說明了將合速度沿繩端和垂直繩端分解的正確性和合理性。

5 實驗優(yōu)點

設計該實驗教具，借助DIS實驗其獨特的技術(shù)優(yōu)勢，變定性分析問題為定量驗證實驗，實驗數(shù)據(jù)精準。同時為高中物理教學特別是實驗教學注入了新的活力，對培養(yǎng)學生“自主、合作、探究”的創(chuàng)新意識和科學探究素養(yǎng)起到了重要的促進作用。