新教材高中物理必修2（人教版）第6章第2节“运动的合成与分解”中介绍了“红蜡块的运动”演示实验,笔者在实际教学中发现该实验至少存在两点不足:1玻璃管水平移动很难保证其匀速运动;2蜡块的运动轨迹是不是直线,很难观察清楚.为了丰富探究内涵,提高演示效果,使实验现象与理论分析更加吻合,笔者对其进行了重新设计.
设计1:利用气垫导轨演示玻璃管的水平运动先用易拉罐的金属壳制作一个“E”字形状的小固定支架,然后再用气垫滑块上的一个螺钉把支架与滑块固定在一起,如图1所示(局部放大效果图).需要演示时将玻璃管竖直插进支架上的两个限位孔内,这样玻璃管就能和气垫滑块
一起运动了.由于气垫滑块能被导轨内喷射气流托起悬空,滑块几乎不受摩擦力.所以演示匀速运动的效果非常好.为了避免滑块超重,玻璃管长度选择不宜过长,大约60cm即可,直径不超过10mm为好.
设计2:利用数码相机记录蜡块的合运动轨迹先在讲台上调试好气垫导轨,将滑块置于气垫导轨的一端.同时在讲台的正前方大约3m处支好数码相机,并将相机调整到“动画拍摄”状态.然后将玻璃管倒置插进支架内(为了保证实验开始前能把红蜡块控制在玻璃管底部,不让它自动上浮,事先可在红蜡块内插入一根大头针,用磁铁在玻璃管外面吸住它).当正式实验开始时取走磁铁并轻轻推动滑块,使滑块以小于0.1m/s的速度滑行并将其运动过程拍摄下来,实验再重复2次.最后,将“动画录象”导入电脑投放到大屏幕,供全班学生观察和分析,如图2所示.为了便于观察分析,先在大屏幕上直接建立直角坐标系,再由2名学生分别在A、B两点之间拉紧一条细绳,这样就能够非常清晰地观察到红蜡块R沿细绳作直线运动的事实.
以上两项设计,不仅仅是解决了原有演示细节上的不足,而且还在实验的功能上有所创新.其突出的优点是:
1增大了演示可见度.原来只有前排少数学生看得清楚,现在把红蜡块的动态过程投影到大屏幕上有助于全班学生进行观察和分析.而且,教师还可以根据教学需要灵活地控制播放方式,如画面暂停、图像放大等.
2提高了实验可信度.气垫导轨保证了玻璃管的稳定性和匀速平移的效果,大大减少了实验误差.演示精度的提高不仅为下一阶段的理论分析奠定了基础,而且所有图像、数据等信息的采集都是现场完成,
现场呈现,会让学生们感到非常亲切、自然、真实、可信.
3将现有新老教具进行了优化组合.一般学校实验室都有的传统教学仪器———气垫导轨又重新发挥了作用.滑块上固定支架的材料选择与制作都十分简单用的是易拉罐壳.新电子产品数码相机的使用要比摄像机普及,很多学生都会操作.相机上“动画摄录功能”设定时间一般在1～8min,用于课堂演示绰绰有余.可以说,其改进后的实验效果一点也不比高成本的DIS系统逊色.
4充分调动了学生探究的积极性.重新设计后的演示实验变成了一个内涵丰富、引人入胜的“探究性学习”课题,全部的实验设计与探究活动包括前期的仪器选择与材料制作、现场的安装调试与演示摄录、后期的理论推证与应用分析等过程都可以在教师的指导下由学生们自主性地合作完成.
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