巧用PicPick与投影幕布创新设计匀速直线运动实验

(江苏省淮安市盱眙第一中学,江苏 淮安 211700)

1 问题的提出

探究匀速直线运动的基本规律是初中物理教学的难点之一。原因在于匀速直线运动在现实生活中并不常见,找到便于在课堂教学中演示、探究的实例则更为困难。苏科版八上物理教材创造性引入学生实验——研究充水玻璃管中气泡的运动,来探究匀速直线运动规律。相较于传统做法,能够很好地实现学生分组合作,体验科学探究过程,培养观察实验、逻辑思维等多方面学科关键能力。

然而,笔者在实际教学中发现,该活动由于可见度的限制，较适合学生进行分组实验，实验中需翻转玻璃管,学生操作不便,且翻转动作引起的晃动会对气泡运动产生影响。虽然研究该方案的教师不在少数,但多数人都将目光和精力聚焦在了对教材实验的改进上,鲜有人提出更便于教学的实验方案。

2 巧设方案

解决上述问题的关键,是要找到一个简单直观、可探究性强的匀速直线运动的实例。笔者通过细心观察和反复实验,并对所得数据处理后发现,投影幕布的升降运动近似为匀速直线运动,而且速度较小,便于观察和测量。更为巧妙的是借助PicPick软件,可以直接在幕布上投影出标尺,避免了教材实验需要在玻璃管壁上做标记的繁琐。

在幕布上升过程中,投影仪并未移动，因此,幕布上的标尺处于静态,不会随幕布的升降而升降。PicPick软件与投影幕布的创新结合,为研究匀速直线运动的规律提供了可能,利用投影仪成放大实像的原理,幕布上的标尺宽大而清晰,比一般的实物标尺的可视性更好。这既为每位同学都能参与进实验探究过程提供了保障,也在一定程度上为时间的测量减小了误差。为了进一步提高时间测量的精度,本方案采用了型号为PC3830A的电子计时器。

3 实验准备

(1) 开启投影仪,在无风的环境中,将投影幕布降至最低位置,使其自然下垂。

图1

(2) 打开WPS演示文稿,新建一页无任何填充的空白文档,页面设置为全屏显示。

(3) 启动PicPick软件,点击页面上的“标尺”按钮,在电脑屏幕上显示出标尺。

(4) 将屏幕上标尺移动至空白幻灯片的正中央,并右击标尺将其单位设置成厘米。

(5) 右击屏幕标尺,将其颜色设置成黑色,与空白幻灯片形成强烈对比,便于观察(如图1)。

(6) 将电脑与投影仪相连,将已设置好的整幅页面投影到幕布上。

4 实验过程

(1) 选取幕布白色区域底端黑色边框线为研究对象。也可用红色毛线或红色细长纸条,在幕布白色区域底端拉一条水平红线作为研究对象。

(2) 点击幕布升降按钮,使幕布完整升降数次,让学生对其运动的快慢有一定感性认识,为以后有条不紊地测量运动时间作好准备。

(3) 点击幕布上升按钮,仔细观察研究对象的运动情况。并以屏幕标尺上合适的刻度线为计时起点(笔者采用的是15.00cm刻度线),用计时器记录下研究对象通过各个区间的时间。为帮助测量者更准确地判断研究对象到达测量位置的时刻,可借助演示文稿中的插入直线功能,依次在15-5之间的整刻度线上添加色彩明艳的横线。

(4) 重复上述测量过程,获取多组数据,并对各项数据取平均值后填入表1中。

表1

(5) 借助圆规两脚确定投影幕布上,标尺相邻整刻度的长度,并用刻度尺测出其具体值,从而换算出投影仪对屏幕标尺的放大倍数。(笔者在实验过程中,选取的区间长度为1.00cm。经测量,经投影仪放大之后,实际长度变为7.40cm,即表1数据中各区间的实际长度为7.40cm)。

(6) 对表中数据作进一步处理,计算出研究对象通过各区间的速度。在误差允许的范围内,投影幕布的上升过程近似为匀速直线运动。为使实验结果更加直观,笔者建议数据处理可结合S-t与v-t图像。

5 实验反思

若深究实验数据,可将幕布的整个上升过程分为始、中、末三段。中间段较好地展现出匀速直线运动的规律,而始末阶段略有偏差,初始阶段速度稍小,末速度稍大。笔者认为其可能的原因是:幕布电机的输出功率恒定,初始阶段整张幕布下垂,所受重力较大。幕布电机需提供更大的拉力,才能改变幕布原始的运动状态。而电机的输出功率可表示为P=Fv。拉力大,速度小,开始时幕布缓慢加速且速度较小。而在末尾阶段,幕布部分下垂,所受重力较小,电机所要提供的拉力相应减小,输出功率不变,则速度增大。在中段,幕布下垂的部分重力大小适中,拉力大小适中,幕布运动速度适中,电机运行平稳。由此可见,始末阶段的偏差,不能简单地归咎为时间测量的误差。

6 结语

实验探究是学习物理的重要方式，探究性实验的器材越常见易得、步骤越简洁明了,越容易让学生接受。本文旨在设计一种简单易行的实验方案,让学生在多感官参与、多维度体验,自主建构匀速直线运动的概念,归纳得出匀速直线运动的规律。实践证明,使用本方案探究匀速直线运动规律,学生的积极性空前高涨，课堂的参与度与实效性都显著提高。