设计演示实验解决追击问题

樊利芳

(广州市番禺实验中学 广东 广州 511400)

追击问题属于综合性较强而且具有实践意义的一类习题，它的处理要求学生具有较高的抽象思维和推理判断能力，要求学生建立起追击过程的空间想像，所以对于刚刚踏入高中的学生来说，这个问题的理解比较困难．针对这种现象，笔者在教学实践过程中设计了追击问题的演示实验，取得了较好的效果．

【例题】卡车以14 m/s的速度匀速向前行驶，前方50 m处一辆摩托车从静止开始以2 m/s2的加速度起动，问：

(1)卡车是否会撞上摩托车?

(2) 如果没有相撞，它们何时相距最近？

针对上述问题笔者设计实验如下.

1 实验器材

气垫导轨，滑块2个，气源，数字计时器，光电门， 气垫滑轮，小桶，游标卡尺，重锤，天平．

2 实验装置

图1 气垫导轨演示实验装置

3 实验方法

(1)将光电门与数字计时器连接好并安装在气垫导轨上，打开数字计时器电源开关，选择S1挡．

(2)在两个滑块的同一端各固定一个宽度相同的遮光片，启动气源向导轨送气，将滑块1轻放在导轨上，调整导轨到水平状态．

(3)将重锤用细绳系好后固定在铁架台上，铁架台放在远离气垫滑轮的一端．调节细绳的长度，使其摆动过程中刚好可以撞击滑块1．

(4)将滑块2轻放在导轨上，滑块2上固定有自制刻度尺跟随滑块2一起运动．将滑块2的一端用细线通过气垫滑轮与小桶连接，另一端用细线与滑块1的一端连接．

(5)在远离气垫滑轮的导轨末端系一根橡皮筋，橡皮筋的另一端固定一自制挂钩．用挂钩钩住滑块1的另一端，滑块1，2系统便处于平衡状态．在滑块1前面附近固定一个光电门．

(6)将重锤拉起θ角由静止释放，重锤下落后撞击滑块1，挂钩自动掉落，滑块1获得初速度后便在导轨上做匀速直线运动，通过光电门时计时器记下遮光片的挡光时间t．滑块1开始运动的瞬间,连接在滑块1，2间的细线松动，滑块2便在小桶拉力作用下做初速度为零的匀加速直线运动．

(7)重复上面步骤，将光电门的位置调节到滑块2的前面，直到滑块2通过光电门的挡光时间也为t时，固定此时光电门的位置O．

4 课堂演示

重复上面第(6)、(7)步骤，演示滑块1追击滑块2的过程．改变θ角多取几组数据．

4.1 实验结果分析

表1 实验数据

比较上述数据可知,追击过程中:两滑块的最短距离在理论上和实验上的数值是比较接近的．

4.2 误差分析

表中每组数据中的d′都是多次实验的平均值，实验过程中发现即使t相同时，d′还是有一定的差距．原因一：数字计时器的最小量程是0.1 ms，造成从7.70 ms到7.79 ms之间计时器均显示7.7 ms，而实际上7.79 ms 时两滑块间的最短距离比7.70 ms时的最短距离大0.6 cm，所以导致了上表中出现的实验值d′比理论值d大的情况；原因二：实验中有一些数据比理论值还要小，因为在计算理论值时忽略了气垫滑轮与细线间的摩擦力导致计算出的理论值d比实验值d′要大一些．比如t=8.7 ms那一组数据，实验时d′只做了3个数据，3个数据全部比理论值小．

5 实验注意事项

(1)自制直尺需要用硬纸板做材料．

(2)将直尺固定在滑块2上时要保持它们之间有少许距离且相互平行，这样在滑块1追击滑块2的过程中就不会出现直尺与滑块1摩擦的情况，也不会出现直尺与光电门摩擦的情况．

(3)自制挂钩最好用比较光滑的金属做材料，且挂钩的形状接近直角形状．挂钩从下面勾住滑块1，当重锤撞击滑块1时挂钩就会自动掉落．挂钩勾住滑块1的位置要稍微偏一些，以免重锤正面撞击到挂钩影响实验效果．

6 结论

对于学生来说，追击问题中相距最远或最近的问题理解起来比较困难．课堂教学中如果采用单纯的理论推导，则对于学生抽象思维能力的要求比较高，往往造成教学效果不太理想．笔者通过设计课堂演示实验形象直观的展现了追击的过程，再加上理论分析使学生更容易理解接受，而且在实验过程中还培养了学生的观察与分析问题的能力．