平抛运动实验的改进与思考

孙建中

物理的教学始终离不开实验教学.作为教学活动的主导者，教师首先要对实验在物理教学中的重要性有足够的认识，其次要充分利用教材中已有的实验资源，并能够根据教学实际设计一些创新性的实验.这种创新性的实验设计可以是对教材已有实验的改进，以解决个别实验取材不易、操作不便、实验效果不明显等弊端；也可以是基于教学需要的全新设计，以弥补教材的不足，帮助学生构建一些重要的物理概念和物理规律.下面，笔者结合《平抛运动》这一课例谈谈物理实验创新的一点体会，以期与同行们交流切磋.

1倡导低碳理念，变废为宝

利用身边的日常生活用品做实验是实验教学改革的一个方向，这些实验对学生来说会感到格外亲切，让学生深切地感受到科学的真实性，感受到科学和日常生活的紧密联系.另外，利用自制的实验仪器来演示实验，大大增强了学生学习物理的兴趣，促进了学生的自主学习、自主探究.

案例1在研究平抛运动规律时，如何通过实验精确描绘平抛运动的轨迹是关键.但教材提供的参考方案都存在某些不足，如操作麻烦、误差大、现象不够直观等等，这在一定程度上影响了课堂教学效果.近年来，有不少人探索出一些方法，如复写纸法、小球打孔法等等，但效果也都不是很理想.笔者在教学时，利用注射器、铁箍、橡皮筋等器材自制了一个描迹器（如图1），在注射器上套上两个带有凹槽的相同的铁箍，目的是增加注射器的重力，使得注射器在下落时，可以忽略空气阻力.实验时，注射器中注入红墨水，将注射器放在滑轨上，两铁箍上的凹槽刚好卡在滑轨上，放手后，注射器沿滑轨滑下，离开滑轨后，注射器做平抛运动，在橡皮筋的作用下注射器活塞将红墨水推出，在侧面的白纸上留下平抛运动的轨迹（如图2）.操作简单，效果明显.

物理来源于生活，服务于生活.我们教物理也要生活化，实验不一定要到实验室去做，实验器材也不一定要用厂家生产的现成器材，利用我们日常生活中的一些物品自制教具进行实验，解释物理现象，揭示物理规律，这就是创新.

2改进实验方案，推陈出新

教学过程中，教材提供的实验方案并不一定是最佳方案.现成的实验装置与实验方案在演示实验现象、描述实验结果等方面，都存在一定不尽人意的地方.在对实验进行评价与论证的基础上，要充分实现实验的教学功能，我们就必须根据教学实际进行实验的改进与创新.

案例2在探究平抛运动竖直方向的运动规律时，教材中提供的实验方案是利用（如图3）所示的实验装置或简易的平抛竖落仪（如图4），通过眼睛观察或利用耳朵聆听来判断作平抛运动的小球与作自由落体运动的小球是否同时到地，从而推出平抛运动竖直方向的运动规律.这种方案简单，易操作，但由于两球落地时相距较远，又由于两小球落地要反弹，因此实验可见度不高，可信度不强.笔者在教学时将实验方案做了如下改进：在原来的实验装置上加装了一电学回路（原理图如图5），如果平抛运动小球与自由落体运动小球同时落在两个点触开关1和开关2上，则电路接通，LED指示灯亮，我们只要通过观察LED灯是否发光即可判定两小球是否同时下落到同一高度，从而推断出平抛运动小球在竖直方向的运动规律.实验可视性强，效果好.

实验的改进与创新除了实验本身的价值以外，教师在实验改进与创新活动中，体现的创造思想和行为，对学生创造力的培养产生的潜移默化作用是不可估量的，这也是实验创新的独特教育功能.

3接轨现代科技，如虎添翼

随着科技的发展，现代化教育技术在物理实验教学领域的应用日益广泛，它不仅能模拟实验，还可以利用相关软件快捷准确地处理实验数据.用信息技术进行中学物理实验辅助教学，是许多传统教育无法比拟的.

案例3自从我校装配了数字化实验室后，笔者使用DIS二维运动实验系统配套的实验装置（如图6），来探究平抛运动规律，实验操作步骤如下：

①二维运动接收器连接到计算机，点击“二维运动实验专用软件”主界面上的实验条目“平抛运动”；

②启二维运动发射器的电源，将发射器置于平抛导轨水平端的边缘，并使其与调零器吻合，点击软件“零点设置”；

③将二维运动发射器沿导轨向后水平移动3-6 cm，点击“水平校准”，校准接收器的水平坐标；

④用释放夹将二维运动发射器扣住，点击“开始记录”；

⑤扣动释放夹，令二维运动发射器向下滚动，当二维运动发射器通过导轨末端的零点时，系统即开始自动定位发射器，并将其在二维平面内的位置点数据上传至计算机，在坐标系内按照一定的时间间隔绘出其连续的位置点（如图7）；

⑥发射器落地后，点击“停止记录”；（注意：应在二维运动发射器落地的区域设置柔性回收垫，以保护发射器！）；

⑦依次点击“x”、“y”，可分别显示x、y方向的分运动轨迹，点击“二次拟合”，可对运动轨迹进行曲线拟合（如图8）；

⑧点击“加速度”，可计算平抛运动在竖直方向的加速度数值，并与当地的重力加速度加以比较（如图9）；

⑨点击“数据导出”，可将实验数据存为历史数据或导出至EXCEL等软件；

利用DIS系统直接拟合出平抛运动轨迹，并得到水平方向和竖直方向上的v-t图像，通过图像分析，平抛运动规律一目了然.

在信息技术高速发展的今天，物理实验与传感器、数码相机、智能手机等相结合，可以形成崭新的方法和技术.但是过分地依赖信息技术完成中学物理实验教学，学生的许多能力得不到很好地培养，这确实是有利有弊，如何合理利用，取长补短，更好地搞好中学物理实验教学，推进素质教育发展，我们任重而道远.

4开展实验设计，学以致用

在学生掌握了一定基础知识和基本实验技能的基础上，按照实验目的和要求，根据已学的实验原理和方法，设计出符合要求和具有创新思路的实验，这也是对学生进行科学思维方法训练，培养实事求是、独立思考、开拓创新的一种有效途径.

案例4笔者在探究得出平抛运动规律后，布置了一道合作探究题，利用所给的实验器材（小钢球、白纸、复写纸、米尺等）估测小钢球做平抛运动的初速度.学生每4人一组，根据所学的知识，自行设计实验方案，独立进行实验操作，合作得出实验结论.使学生的理论知识得到了巩固，实验技能迅速地提高，并逐步掌握了设计实验方案的要领和基本规律，提高了实验设计能力和创造才能.

实验创新是课程创新的途径与方法，这就要求物理教育工作者做实验创新的有心人，既要能因陋就简，土法上马；也要能与时俱进，紧跟时代步伐，与现代科技接轨，不断地提高实验的可见度，增强实验的稳定性.在实验的操作性和直观度上做文章，下功夫，充分发挥物理学科特色，提高物理课堂教学实效.