浅淡平抛实验中存在的问题及改进措施

余登炯

摘 要：平抛运动实验是物理学实验中较为经典的实验，能够提高和加强学生对物体在曲线中的运动过程分析能力。平抛实验全面而系统的包含了运动合成与分解知识点的相关内容，并在此实验基础之上进行的延伸和拓展教学对其他章节的知识点内容也有一定的铺垫作用，此外，平抛实验作为一个重要的知识点还常出现于学生的作业和考试之中，因此对于平抛实验教学而言，教师更应当注重于实验教学的创新设计，对传统实验教学中存在的一些问题进行规避和改进，从而使学生更好地理解和掌握平抛实验及背后的知识点内容。本文通过对目前高中物理教学中常用的平抛实验装置进行分析，讨论实验装置中存在的问题并提出相应的改进措施，为平抛实验的教学开展提供一定的参考和借鉴。

关键词：平抛实验;实验装置;问题;改进措施

随着教学改革的不断推进和发展，学校对于教学质量的要求不再局限于传统的书本教学模式，引入先进的教学器材和配套的实验装置将会在传统的教学模式下实现质的突破。对于物理教学而言，物理公式和知识点都源自于对物理实验的总结思考，物理实验贯穿着学生整个高中物理知识点的学习，培养和加强学生在物理实验中的动手和思考能力能够有利于物理教学的开展。然而，就目前的物理实验教学实际情况来看，实验教学课程的开展并不顺利，其原因主要存在于教学方法及实验装置的问题上，物理教学的改革创新应当从实验教学课程的完善和改进出发，本文就高中物理实验中涵盖大量运动学知识点的平抛实验进行讨论，分析存在于其中的不足并提出相应的解决措施，进而促进物理实验教学体系完整构建。

一 平抛实验中存在的问题

（一）平抛竖落仪

平抛竖落仪是相对简易的一种平抛实验装置，装置体积较小具有一定的便携性，成本较低能够在实验课程中让每一位学生都能够参与到动手实验之中。平抛竖落仪的原理是通过牵引摆锤来撞击小球给予小球以水平推力，在离开竖落仪平台后受水平分力和重力作用下完成平抛运动。实验过程中通常会对实验小球进行上色使竖落仪紧贴水平画板，让画板辅助呈现出小球平抛运动曲线。实验装置的问题在于由于自身结构简单，实验缺少一定的严谨性并且实验变量不可控制，实验的观察效果较差。在平抛实验过程中小球对于初速度这一变量因素不可控制，由于是通过摆锤击打来实现小球初速度，因此难以根据现有的实验装置对小球初速度的数值进行估算。此外，由于装置结构简单，不能够为实验进行记录和提供数据采集，因此平抛竖落仪应用在物理实验教学课程中主要作用是为了能让学生感受平抛运动物理过程和观察总结平抛运动曲线，而在进一步的公式推导和知识点学习中只能依靠教师通过课堂教学来实现。总的来说，平抛竖落仪具有成本低、配备容易、实验简易的优势，但对于实验分析和总结上所起到的作用较小。

（二）J21006型平抛运动实验演示装置

J21006型平抛运动实验装置由斜轨道、网格画板、轨道卡尺构成，通过让小球自由在光滑斜轨道上滑动产生一定初速度后离开轨道进行平抛运动，与竖落仪不同的是该实验装置对小球在每下落一段网格后就采用轨道卡尺接住小球，并在画板网格中进行记录，然后开始下一段位移的记录。该装置的实验性远强于平抛竖落仪，但在实验过程中仍存在着一定的问题。虽然能够通过测量斜轨道的高度从而粗略計算出小球的初速度然而固定的轨道无法对小球的速度进行调节则导致每一次平抛运动的轨迹都大致相同，不能够通过获得多组变量数据来验证实验。其次，虽然记录小球运动曲线的画板没有直接与小球进行接触，避免了曲线记录过程中摩擦因素带来的影响，然而每段位移描点记录的方式存在一定的人为误差，影响着回归曲线的制作。此外，该装置由于组成的零部件较多，体积较大，实验过程缺乏创新，在器材配备上较难做到让每一位学生都参与动手实验中，学生对于实验的体验性较差。

（三）Flash动画仿真实验

在现阶段的课堂教学中由于多媒体教学的引入使得传统的教学模式发生了巨大的改变，虚拟实验室正是在多媒体教学下应运而生的。通过Flash制作软件来对平抛实验进行动画制作，通过模拟仿真实验来让学生学习和体验平抛实验，变量调节的可编辑和运动图像函数的自动生成将为学生提供精确的实验数据。但虚拟实验问题在于学生在实验过程中缺失参与性，实验操作只能由教师通过计算机操作来完成，由计算机辅助计算和绘制并不能够让学生学习掌握到实验数据的记录处理，这对于学生日后的物理思维体系建立有一定影响。另一方面，由于Flass制作需要专业的技术，因此实验课件多数为网络资源这对于教师在课下的课程制作和整理有一定要求。

二 平抛实验的改进措施

实验装置设计的不合理之处在于变量因素的不可控和小球运动轨迹的记录上。在小球初速度可控调节方面可通过基于对J21006型号的平抛实验装置进行一定的改进，通过对斜滑轨的高度进行调节即可实现小球初速度的变量调节，在现有的实验装置中可以通过制作不同高度的可替换斜轨道模块，在实验时选择不同的斜滑轨来进行小球初速度的调节，此外还可以通过采取调节斜面倾角大小的方式来对小球获取初速度的高度进行调节。而在小球运动轨迹记录中可以采用高帧率的相机对小球平抛过程进行拍摄记录，在现阶段的智能手机中具有延时拍摄功能的手机大多都能够满足小球运动轨迹的逐帧拍摄记录，再通过多媒体向学生展示，使学生更能准确的根据小球的运动轨迹进行速度合成相关公式的推导，还可以通过采用金属小球配合磁力画板来实现小球的运动轨迹进行记录，将画板与斜轨道间留有一定空隙，使得金属小球在平抛运动过程中通过磁力作用将画板中的磁粉进行吸附形成运动曲线。学生的实验参与性问题是实验课程教学中长期以来一直存在的问题，对于平抛运动而言实验原理较为简单，实验过程只需对小球的运动进行观察，因此无论是从实验性还是观赏性来看都不具备吸引学生的特性，所以如何提高学生的实验参与性则应该从教学方法出发，通过向学生介绍实验背景和实验的相关趣闻进一步将实验课程中的任务要求告知给学生，让学生在充满兴趣和好奇心的驱使下进行实验学校在学生完成简单的实验操作，之后引出平抛实验创新改善的话题，通过与学生对实验过程中对实验装置存在的问题和改进方式进行讨论来时学生进入实验课程的深度学习之中，思考实验和寻找改进实验方式的过程更能够加深学生对课程知识点的掌握，此外还可以将学生反馈实验改进意见进行汇总，从学生的角度出发来促进实验课程的优化改进。

结语：

综上所述，平抛实验中存在的问题是由于实验装置和实验方法不合理所导致的，对于平抛实验进行改进优化因从两方面入手一方面因明确实验装置只是作为实验的工具为更好地观察和记录实验提供一定的条件，因此在实验课程教学中注重实验本身的讲解教学，让学生能够真实参与到实验思考中更能起到实验教学的教学意义。另一方面不同的实验方法下所选用的实验装置有所差异，对实验方法进行完善更有促于实验装置的改进和创新设计，现阶段的教学正朝着信息技术化发展，因此在实验设计上更应当引入新的、先进的设备。

参考文献：

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[2] 丁亮 .平抛运动实验的改进[J].实验教学与仪器，2018（11）.

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