高中物理力学实验的拓展设计与实践

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当前，物理实验教学正处于关键发展阶段.教师更关注如何让学生真正“进入”实验，而非仅仅停留在看和记的层面.在物理教学中，教师可通过设计拓展性实验或创新性实验突破教学难点，发挥实验的独特教育功能，激发学生的探究兴趣，使其思维更加活跃，同时为物理实验教学的创新设计提供参考.

1基于智能手机的创新拓展设计案例

例1有同学利用手机软件phyphox中的传感器功能设计了验证机械能守恒定律的实验方案，步骤如下：

① 将钢尺的一部分伸出桌面，末端放置质量m=60g 的小钢球（如图1所示）；

② 测量钢尺上表面到地面的高度 h=100.00cm ③ 开启phyphox声音振幅检测功能；

④ 快速轻敲钢尺使小球自由下落.手机软件记录下声音振幅一时间曲线如图2所示，首个峰值对应释放时刻，次个峰值对应落地时刻，测得两峰时间间隔 t=0.46s

（1）取 g=9.8m/s2 ，小球做匀加速直线运动，则下落过程中，重力势能减少量 Ep=J ，小球落地时速度 （均保留三位有效数字）通过比较重力势能减少量与动能增加量可得结论.

（2）若敲击使小球获得水平初速度，对测量结果 （选填“有”或“没有”）影响.

图1

图2

解析 （1）下落过程中，重力势能减少量△E=mgh=0.588J ；小钢球落地过程中的平均速度 m/s，根据= 0+，解得v≈4.35m/s.

（2）考查竖直方向的分运动，即使敲击使小球获得水平初速度，也不会改变其竖直方向的运动状态，因此对实验结果无影响.

点评这个实验创新运用智能手机声音传感器测量自由落体运动时间，完美地将现代技术与传统实验有机结合.用声音的振幅曲线隐蔽式地给出时间间隔，是一种比较新颖的方法.这种运用数字化技术的实验方法不仅提高了测量的准确度，还培养了学生的技术应用能力，为教师的实验教学提供了范例.

2基于传统器材的创新拓展应用案例

例2某物理小组的同学设计了一个粗测玩具小车通过凹形桥最低点时速度的实验.所用器材有：玩具小车、压力式托盘秤、凹形桥模拟器（圆弧部分的半径为 R=0.20m ），实验装置如图3所示.

回答下列问题：

（1）将凹形桥模拟器固定在托盘秤上，初始示数为 1.00kg

（2）小车静止在最低点时，秤的示数为 1.50kg （3）小车从某一位置滑下，经最低点后滑向另一侧，过程中托盘秤的最大示数为 1.75kg

（4）由数据可得，小车在最低点时对桥的压力为 N；小车通过最低点时的速度大小为 m/s （重力加速度大小 g 取 10m/s2 ，结果均保留2位有效数字）.

图3

解析小车经过最低点，秤的示数最大，系统对秤的压力为 Fmax=17.5N. ，以桥为研究对象，则有Fmax=FN+mℏξg ，解得小车经过凹形桥最低点时对桥的压力大小为 FN=7.5N ；小车质量 m0=0.50kg ，根据牛顿运动定律和圆周运动知识，有 FΔN′-m0g= m。（剩余1050字）