高中物理必修課本中,在研究自由落體運動的性質時,介紹了閃光照相的方法,并且在首頁提供了自由落體運動小球的彩色閃光照片。照片上的像是相隔1/30秒拍攝的。引導學生觀察照片不難看出,①在相等的時間間隔內,小球下落的位移越來越大,表明小球做加速直線運動。②讓學生用刻度尺量出標有編號的相鄰的相等時間內的各段位移的大小,記下某一組數據為Sn=5.2mm,Sn+1=6.0mm,Sn+2=6.8mm,Sn+3=7.6mm,Sn+4=8.4mm
顯然,Sn+1-Sn=Sn+-Sn+=Sn+-Sn+=Sn+-Sn+=……=0.88mm=8×10-4m
即相鄰的相等時間內的位移差相等??梢?,自由落體運動為勻加速直線運動。
二、測自由落體運動的加速度
通過分析閃光照片證明自由落體運動是勻加速直線運動后,如何測得自由落體運動的加速度成為本節(jié)課的重點。為學生提供打點記時器、學生電源、重錘、紙帶、鐵架臺、尺、金屬球、長繩、秒表等器材,讓學生自由組合,設計實驗,測加速度。學生選擇的方法大致有三種。
1、打點計時由于在此前學生已經具備了用打點計時法研究勻變速直線運動,測加速度的基礎,加之實驗器材的誘導,選擇該方法的學生人數多。通過測出相鄰的等時間內的位移Sn、Sn+1、……由g=(Sn+1-Sn)/T2(T=0.02s)求得加速度約為9.8m/s2。
2、戶外實驗
課前進行過認真預習的學生,受到課本中例題、習題的啟發(fā),他們選擇了金屬球、長繩、卷尺、秒表等器材,走到室外,爬上樓頂,讓金屬球做自由落體運動,測出高度h和下落時間t,由公式h=gt2/2求得g約為9.8m/s2。
3、閃光照相在大家忙于實驗時,有一個學生獨自坐在座位上,臉上露出得意的神情。原來他走了“捷徑”,直接用前面從閃光照片上測得的數據,由g=(Sn+1-Sn)/T2(T=1/30s)
求得g=8×10-4/(1/30)2=0.72m/s2。
由于這一數據與其他同學的實驗結果相差甚遠,自然遭到大家的反對。然而,誰都無法幫他找到錯誤的原因。
為什么用打點計時法得到的紙帶上的數據能得出正確的結果,而用閃光照片上測得的數據求出的答案會錯呢?為了幫助學生解開疑團,用掃描儀將課本上的閃光照片輸入電腦,再通過投影儀投射到投影幕上。利用電腦交換畫面的尺寸,投影照片大小不同時,測出的Sn、Sn+1便不同,代入公式求得加速度也不同。使學生明白了經過拍攝、沖洗過程的閃光照片上各點的間距與小球運動的實際間距不同,這之間存在著一定比例的縮小。
三、閃光照相能測出重力加速度嗎?
閃光照相能否測出自由落體運動的加速度,即重力加速度?學生中展開了激烈的討論。問題的焦點集中在如何從照片上獲得小球下落過程中各點間的實際距離?辦法只有一個,那就是設法得到拍攝過程中像、物之間的縮小比例。向出版社索取原始數據顯然是困難的。同學們建議自己動手做。于是,我們開辟了第二課堂,為學生提供各種條件,開放實驗室,放手讓學生進行實驗??偨Y這一活動,主要包括以下幾個方面。
1、設計試驗,理解原理
學生在實驗室老師的指導下,根據提供的實驗器材,設計小球自由落體運動的實驗,了解了通過電磁控制實現小球自動下落以及每隔1/30秒自動進行閃光照相的奧妙,進一步理解了實驗原理。
2、進行實驗,提高技能
在實驗過程中,學生既要完成小球自由落體實驗,又要進行照片拍攝、沖洗等工作,還要做好各方面的協調,這必然使他們經受鍛煉,提高技能。
3、開動腦筋,獲取比例
在如何獲取像、物縮小比例的問題上,學生們也是開動腦筋,各顯神通。有的直接通過測量物距、像距,求像、物距的比,有的在實驗裝置旁設置一根標尺,還有的則在不改變物距、像距的情況下,為一位同學拍攝一張全身像,求出像長與身高的比。充分顯示了他們的聰明才智。
4、理論計算,求得結果
得到像、物縮小比例k后,從拍攝的閃光照片上測出Sn、Sn+1,……
由g=(1/k)(Sn+1-Sn)/T2(T=1/30s)
求得重力加速度約為9.m/s2。
四、總結
通過這種形式的教學活動,不僅使學生掌握了用閃光照相測重力加速度的方法,更重要的是調動了學生學習的主動性和積極性,為他們提供了實踐的機會,使他們的綜合能力得到了提高,符合素質教育的要求。同時,也是將課堂教學向課外延伸的嘗試。
顯然,Sn+1-Sn=Sn+-Sn+=Sn+-Sn+=Sn+-Sn+=……=0.88mm=8×10-4m
即相鄰的相等時間內的位移差相等??梢?,自由落體運動為勻加速直線運動。
二、測自由落體運動的加速度
通過分析閃光照片證明自由落體運動是勻加速直線運動后,如何測得自由落體運動的加速度成為本節(jié)課的重點。為學生提供打點記時器、學生電源、重錘、紙帶、鐵架臺、尺、金屬球、長繩、秒表等器材,讓學生自由組合,設計實驗,測加速度。學生選擇的方法大致有三種。
1、打點計時由于在此前學生已經具備了用打點計時法研究勻變速直線運動,測加速度的基礎,加之實驗器材的誘導,選擇該方法的學生人數多。通過測出相鄰的等時間內的位移Sn、Sn+1、……由g=(Sn+1-Sn)/T2(T=0.02s)求得加速度約為9.8m/s2。
2、戶外實驗
課前進行過認真預習的學生,受到課本中例題、習題的啟發(fā),他們選擇了金屬球、長繩、卷尺、秒表等器材,走到室外,爬上樓頂,讓金屬球做自由落體運動,測出高度h和下落時間t,由公式h=gt2/2求得g約為9.8m/s2。
3、閃光照相在大家忙于實驗時,有一個學生獨自坐在座位上,臉上露出得意的神情。原來他走了“捷徑”,直接用前面從閃光照片上測得的數據,由g=(Sn+1-Sn)/T2(T=1/30s)
求得g=8×10-4/(1/30)2=0.72m/s2。
由于這一數據與其他同學的實驗結果相差甚遠,自然遭到大家的反對。然而,誰都無法幫他找到錯誤的原因。
為什么用打點計時法得到的紙帶上的數據能得出正確的結果,而用閃光照片上測得的數據求出的答案會錯呢?為了幫助學生解開疑團,用掃描儀將課本上的閃光照片輸入電腦,再通過投影儀投射到投影幕上。利用電腦交換畫面的尺寸,投影照片大小不同時,測出的Sn、Sn+1便不同,代入公式求得加速度也不同。使學生明白了經過拍攝、沖洗過程的閃光照片上各點的間距與小球運動的實際間距不同,這之間存在著一定比例的縮小。
三、閃光照相能測出重力加速度嗎?
閃光照相能否測出自由落體運動的加速度,即重力加速度?學生中展開了激烈的討論。問題的焦點集中在如何從照片上獲得小球下落過程中各點間的實際距離?辦法只有一個,那就是設法得到拍攝過程中像、物之間的縮小比例。向出版社索取原始數據顯然是困難的。同學們建議自己動手做。于是,我們開辟了第二課堂,為學生提供各種條件,開放實驗室,放手讓學生進行實驗??偨Y這一活動,主要包括以下幾個方面。
1、設計試驗,理解原理
學生在實驗室老師的指導下,根據提供的實驗器材,設計小球自由落體運動的實驗,了解了通過電磁控制實現小球自動下落以及每隔1/30秒自動進行閃光照相的奧妙,進一步理解了實驗原理。
2、進行實驗,提高技能
在實驗過程中,學生既要完成小球自由落體實驗,又要進行照片拍攝、沖洗等工作,還要做好各方面的協調,這必然使他們經受鍛煉,提高技能。
3、開動腦筋,獲取比例
在如何獲取像、物縮小比例的問題上,學生們也是開動腦筋,各顯神通。有的直接通過測量物距、像距,求像、物距的比,有的在實驗裝置旁設置一根標尺,還有的則在不改變物距、像距的情況下,為一位同學拍攝一張全身像,求出像長與身高的比。充分顯示了他們的聰明才智。
4、理論計算,求得結果
得到像、物縮小比例k后,從拍攝的閃光照片上測出Sn、Sn+1,……
由g=(1/k)(Sn+1-Sn)/T2(T=1/30s)
求得重力加速度約為9.m/s2。
四、總結
通過這種形式的教學活動,不僅使學生掌握了用閃光照相測重力加速度的方法,更重要的是調動了學生學習的主動性和積極性,為他們提供了實踐的機會,使他們的綜合能力得到了提高,符合素質教育的要求。同時,也是將課堂教學向課外延伸的嘗試。