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1、創(chuàng)新物理實驗提升課堂實效 摘要物理是一門自然科學(xué)，實驗是物理教學(xué)中必不可少的一個環(huán)節(jié)，實驗教具是輔助課堂教學(xué)的有效工具，能有效幫助學(xué)生理解知識。文章以?向心力?教學(xué)為例，探討“借助教具創(chuàng)新實驗，優(yōu)化課堂教學(xué)。實際教學(xué)中，可以通過圓盤實驗和圓錐擺實驗，讓學(xué)生形象直觀地觀察實驗現(xiàn)象，認識向心力的來源，突破實驗難點。通過DIS數(shù)字實驗探究向心力的大小，提高學(xué)生自主探究的能力。關(guān)鍵詞創(chuàng)新實驗;DIS數(shù)字實驗;向心力中圖分類號文獻標識碼A文章編號1674-6058202123-0052-02?向心力?是認識圓周運動的根底，也是學(xué)好圓周運動的關(guān)鍵。高一學(xué)生的抽象思維能力和邏輯推理能力不強，生活中缺乏對向心

2、力的認識。而在實際問題中，有關(guān)向心力的問題是多種多樣的，用傳統(tǒng)講授法進行教學(xué)，學(xué)生難以理解向心力的本質(zhì)，難以正確分析向心力，在分析實際問題時，往往容易出錯。實驗是物理學(xué)科的生命線，離開實驗，物理只是躺在課本上的知識。充分運用實驗輔助課堂教學(xué)，使知識更加豐富立體，使課堂充滿活力。為了突破本節(jié)課的重點和難點，筆者根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計制作教具，讓學(xué)生通過觀察現(xiàn)象，用已學(xué)過的知識分析受力，總結(jié)做勻速圓周運動物體的受力情況，進而引出向心力的概念和來源，有效突破難點，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。再利用DIS數(shù)字實驗進行向心力大小的探究，使學(xué)生對向心力從感性認識上升到理性認識。一、運用有趣的小實驗設(shè)疑，激發(fā)學(xué)生的好奇心

3、和探索欲望實驗?zāi)芸焖傥龑W(xué)生的眼球和注意力。如何用一個螺母使礦泉水瓶爬升如圖1？可以引發(fā)學(xué)生積極思考與熱烈討論，學(xué)生通過實驗發(fā)現(xiàn)直接抬起塑料管不能使礦泉水瓶爬升，而讓細線帶著小螺母做圓周運動那么能把礦泉水瓶提起來。這樣引入實驗趣味性高，在教學(xué)過程中，不少學(xué)生都想嘗試。個別學(xué)生在摸索的過程中，其他學(xué)生也能積極參與討論，給出意見。通過思考和參與實驗，學(xué)生認識到物體做圓周運動需要一個力，從而引出對這個力的研究。這樣的引入貼合本節(jié)課的內(nèi)容，流暢自然。二、用自制教具演示兩個勻速圓周運動實驗，分析向心力，突破教學(xué)難點本節(jié)課的難點是理解向心力的概念，會分析向心力的來源。傳統(tǒng)的教學(xué)是直接告訴學(xué)生做勻速圓周運動

4、的物體受到了指向圓心的合力。這樣引入比較生硬，在后面有關(guān)問題的分析中，學(xué)生不能正確分析出向心力的來源，不能很好地理解向心力是效果力.導(dǎo)致學(xué)生在對物體進行受力分析時多分析一個向心力。筆者從便于觀察和研究出發(fā)，制作了以下兩個實驗器材幫助學(xué)生建立向心力的概念，學(xué)會分析向心力的來源。演示實驗1：盤上小物體隨盤做勻速圓周運動盤上小物體隨盤做勻速圓周運動是一種常見的勻速圓周運動的根本模型。學(xué)生不能直接看出物體的受力情況，只能根據(jù)理論分析，物體除了受重力和支持力外，還可能受到摩擦力的影響，直接根據(jù)向心力的特點給出摩擦力的方向。沒有基于對現(xiàn)象的觀察和分析，生硬地給出摩擦力提供向心力，學(xué)生難以理解向心力是效果力

5、，因此，學(xué)生在后續(xù)的相關(guān)問題的分析中經(jīng)常出錯。為了解決這個問題，筆者受到學(xué)習(xí)靜摩擦力時常用毛刷作為實驗器材的啟發(fā)，在圓盤上固定一個毛刷，再將物體放在毛刷上做實驗。當(dāng)物體隨圓盤做勻速圓周運動時，學(xué)生能直觀地觀察到毛刷發(fā)生了彎曲，可以知道物體此時有相對運動的趨勢，說明物體除了受重力和支持力作用外，還受到了靜摩擦力作用。通過毛刷彎曲的方向，分析出物體所受的靜摩擦力方向是時刻指向圓心的。進而引導(dǎo)學(xué)生分析出物體在做勻速圓周運動時的受力特點：物體所受的摩擦力即合力時刻指向圓心。通過這樣的實驗，把不易觀察的現(xiàn)象變?yōu)榭捎^察、可分析的形象，有效地降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。演示實驗2：圓錐接如圖2所示，將繩子的一端與

6、力的傳感器相接，靜止時拉力的大小等于物體的重力，即此時傳感器的數(shù)值為物體重力的大小。物體由馬達帶動做勻速圓周運動，此時的拉力大小也由傳感器測得，角度通過量角器測量。這樣可以知道物體做勻速圓周運動時所受到的重力和拉力的大小和方向，然后引導(dǎo)學(xué)生通過作力的圖示得出物體受到的合力的大小和方向。改變物體轉(zhuǎn)動速度的快慢多做幾組實驗，通過比照不同轉(zhuǎn)速下物體所受的合力，分析出物體做勻速圓周運動時合力的特點：合力時刻指向圓心。學(xué)生通過觀察實驗，記錄數(shù)據(jù)，作圖分析得出物體的合力。使學(xué)生充分參與整個實驗的過程，探究出合力的特點，加深學(xué)生對向心力的理解。從以上兩個實驗中，總結(jié)出物體在做勻速圓周運動時受到的合力時刻都指

7、向圓心，引出向心力的概念：做勻速圓周運動的物體受到總指向圓心的合力。根據(jù)這個特點我們把這個力叫作向心力。這樣引入向心力的概念，過渡自然，學(xué)生理解深刻到位，學(xué)生更容易理解向心力是效果力，是物體所受的合力。在教學(xué)實踐中，學(xué)生思維活潑，通過認真觀察、思考分析、總結(jié)規(guī)律再抽象出概念。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，提升觀察能力和分析、概括能力。三、通過兩個探究實驗學(xué)習(xí)本節(jié)重點內(nèi)容向心力的大小分析了向心力的來源和方向，接下來是本節(jié)課的重點：探究向心力的大小。傳統(tǒng)的教學(xué)方法用圓錐粗略驗證向心力的表達式。這個方法實際操作難度大，分析過程也不簡單，對學(xué)生能力要求較高。另一種方法是使用向心力演示儀，這個方法不容易保持物體做

8、勻速圓周運動，而且實驗結(jié)果比較粗糙不精確。以上兩種方法都只是驗證向心力的表達式，在DIS數(shù)字實驗日趨成熟的條件下，由學(xué)生自主探究向心力的大小更尊重知識的生成過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、合作精神和實驗?zāi)芰?。筆者的設(shè)計是先通過小實驗的感受，分析出影響向心力大小的因素，讓學(xué)生對向心力的大小有定性的了解，再利用DIS數(shù)字實驗進行定量分析。通過傳感器測量物體做圓周運動的向心力和線速度，便于學(xué)生探究向心力大小與質(zhì)量、線速度和半徑的關(guān)系，數(shù)據(jù)處理方便簡潔，可以通過圖像的方法探尋物理量之間的關(guān)系式，這樣，更加直觀和科學(xué)。兩個探究性實驗，不僅提高了學(xué)生的實驗?zāi)芰?，還讓學(xué)生經(jīng)歷了科學(xué)的研究過程：提出問題一分析

9、問題一解決問題，讓學(xué)生感受到了通過探索獲取物理知識的成就感，提高了學(xué)習(xí)的積極性。學(xué)生通過筆者提供的器材讓螺母做勻速圓周運動，通過比較，直觀感受到半徑越小、質(zhì)量越大，轉(zhuǎn)動得越快，手感受到的力就越大。定性分析出向心力大小與半徑、質(zhì)量和線速度的簡單關(guān)系，為下一步定量分析打好根底，可以根據(jù)這一簡單關(guān)系設(shè)計實驗方案。采用數(shù)字實驗，用控制變量法探究向心力大小與質(zhì)量、半徑和角速度的定量關(guān)系?？刂瀑|(zhì)量和半徑一定，探究向心力和角速度的關(guān)系;控制角速度和質(zhì)量一定，探究向心力和半徑的關(guān)系;控制角速度和半徑一定，探究向心力和質(zhì)量的關(guān)系。在實驗中傳感器將實驗采集的數(shù)據(jù)傳輸給電腦，引導(dǎo)學(xué)生用圖像法分析實驗數(shù)據(jù)，得出向心力

10、與質(zhì)量、半徑和角速度的圖像，運用數(shù)學(xué)知識分析出向心力大小的表達式。利用傳感器和數(shù)字手段，可以快速準確地記錄實驗數(shù)據(jù)，簡潔方便地分析實驗數(shù)據(jù)，可以使學(xué)生從簡單、機械和繁雜的數(shù)據(jù)處理中解脫出來，更專注地討論和探究物理量之間的關(guān)系。本次研究中，通過圓盤實驗和圓錐擺實驗改進教學(xué)，對學(xué)生直觀了解向心力，建立向心力的概念有很大的幫助。接著通過科學(xué)探究得出向心力大小的表達式，培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰涂茖W(xué)探索精神。這樣通過實驗把學(xué)習(xí)內(nèi)容串聯(lián)起來的課堂，層層遞進，環(huán)環(huán)相扣，充滿活力，學(xué)生參與度高，對知識理解到位，能有效提高教學(xué)質(zhì)量。參考文獻【1】劉秋偉.基于DIS的高中物理探究實驗的教學(xué)研究J.教育文摘版，20212：82.【2】張秀梅，劉玲.用數(shù)字化信息系統(tǒng)DIS優(yōu)化和開發(fā)高中物理學(xué)生實驗：以“動量守恒定律實驗為例J物理教學(xué)，202112：21-25.【3】夏紅燕.創(chuàng)新實驗設(shè)計優(yōu)化高中物理教學(xué)過程J.教師博覽科研版，20211：52-53.易志毅