从《自由落体运动规律》的教学谈学生科学探究精神的培养

从自由落体运动规律的教学谈学生科学探究精神的培养宝鸡教育学院物理计算机系汤超721001摘要：普通高中物理课程标准在高中物理课程总目标中指出：“学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。”本文就高一物理自由落体运动规律一节课教学中如何培养学生科学探究精神以及让学生利用Excel快速处理实验数据谈谈自己的体会。关键词：物理课程标准 科学探究 处理 实验数据沪科版高中物理必修一第二章第一节课学生已经了解到伽利略是如何研究落体运动，并认识到从伽利略时代开始才真正诞生了物理学，因为他开创了研究物理学问题的科学方法，使人们不再凭直觉产生物理学理论，而是需要大量的实验验证人们的猜想，最后再得出科学结论。但是伽利略在当时并没有总结出自由落体运动的规律，现在我们就开始用科学的方法探究自由落体运动究竟是怎样一种运动。前面我们已经做过利用打点计时器记录物体的运动信息的实验，下面我们就通过从打点计时器打出的纸带来研究自由落体运动的情况。以下给出的是通过打点计时器得到的自由落体运动的纸带信息自由落体运动物体的纸带信息先让学生观察纸带上的点的分布规律，提出合理猜想。有的同学通过观察会猜想：自由落体运动是一个初速度为零的匀加速直线运动。这时候我们会问学生：这个猜想是不是一定就是正确的？如何才能证实这个猜想是正确的呢？学生会回答：不一定正确，必须通过实验验证才能证实。这时我们可以让学生来研究以上这条纸带上的运动信息是不是匀加速直线运动，并让学生学会判断匀加速直线运动的多种方法。下面主要介绍三种判断方法：一、验证物体在不同位移段的加速度a是不是恒定不变的？先推导出求加速度的公式：告诉学生推导这个公式的目的主要是因为纸带上的s和t容易测量，可以通过此公式求出不同位移段物体的加速度a。 接下来就让学生分别求出AB、AC、AD、AE、AF不同段的加速度，学生可以直接用上面的推导公式用计算器求出不同位移段的加速度。在此可以教给学生利用Excel处理实验数据的方法。首先打开Excel，在A1单元输入t， A2单元格输入s， A3单元格输入2s/t2，然后分别在B1到F1单元格中输入0.02，0.04，0.06，0.08，0.10，由于这组数据是等差数列，可以教给学生采用拖动填充柄的方法输入这组数据；在B2到F2单元格分别输入1.9，=B2+5.8，=C2+9.6，=D2+13.4，=E2+17.3，输入完后，会在B2到F2单元格显示出1.9，7.7，17.3，30.7，48。在B3单元格输入公式，回车后显示9500，然后拖动B3单元格右下角的填充柄至F3，对公式进行复制，就会在C3到F3单元格分别显示出9625，9611.111，9593.75，9600，单位是mm/s2，这就是自由落体运动在不同位移段的加速度的大小，告诉学生在误差允许范围之内，可以认为这不同位移段的加速度是相等的，所以自由落体运动就是初速度为零的匀加速直线运动，验证猜想正确。二、验证速度是否均匀增加？ 利用同样的方法，在Excel可以得到以下表格：由表格可以看出，在误差允许的范围之内，相等的时间内的速度变化量v是相等的，根据加速度的定义式知，加速度a是恒定不变的，由此也可验证自由落体运动是初速度为零的匀加速直线运动。三、图像法在这里教给学生直接利用Excel中的图表功能得到v-t图像，如果图像是一条过坐标原点的直线，同样可以证明此结论。从第二种方法得到的表格可以看出，A、B、C、D、E、F各点的瞬时速度分别为0，190mm/s，385mm/s，577mm/s，768mm/s，960mm/s，对应的时刻分别为0，0.02s，0.04s，0.06s，0.08s，0.10s，可以得到一个绘制v-t图像的数据列表。然后选中该表格，用鼠标单击插入菜单中的图表命令，打开图表向导对话框，在标准类型里选择XY散点图，在子图表类型中选平滑线散点图，点下一步，在数据区域选系列产生在行，点下一步，在图表标题栏输入v-t图像，在数值（X）轴输入t，在数值（Y）轴输入v，点下一步，默认设置，单击完成，可得到v-t图像，如图所示。由图像可知，自由落体运动就是初速度为零的匀加速直线运动。通过以上教学，学生体会到一个物理结论的产生，必须要进行科学的探究过程，并且在科学探究过程中可以利用Excel快速处理数据。参考文献：1、普通高中物理课程标准（实验）人民教育出版社2、Excel公式与函数应用范例，中国青年出版社，李继兵编著此篇文章发表于中学物理2010年第4期杂志。