关于使用力学实验设备对加深学生理解效果的分析

关于使用力学实验设备对加深学生理解效果的分析

任照莹

（泰安市第一中学271000）

摘要：高中物理实验对学生掌握物理学基本知识及提高学习效率具有重要作用。但部分学生由于不能应用实验设备，常导致实验成效不能达到预期效果，使得效率低下，且不利于学生学习。基于此，学生应结合实际情况做好实验及利用好设备，以便更好掌握物理学知识。笔者结合自身经验，对使用力学实验设备强化理解的方法进行了分析，以便学生学习效率提高。

关键词：力学实验；实验设备；理解效果

力学是高中物理学习的重要部分，同时也是物理学习的难点，如何采取适当方式加强学生理解与掌握是重中之重。作为学生来讲，教师课堂的教学只能起到指引而不能达到融会贯通及举一反三的效果。因此，物理学习应从学生自身做起，养成良好学习习惯与方式，加深对物理相关定律、公式的理解与掌握，以提高学习效率。物理实验的开展可将物理相关定律的学习具体化，对于加强学生定理公式的掌握与提高具有极大意义。因此，学生日常学习中应善用实验设备，以便强化记忆与理解。

1基于物理力学实验学习现状的分析与讨论

1.1物理力学实验学习过程主要问题分析

大多同学在物理实验学习过程中存在一种普遍现象，即实验过程中常由于多种因素影响导致实验无法达到预期效果，或实验失败，导致课程学习的目的不能充分体现。基于实际情况，实验失败或达不到预期效果的原因主要集中在以下两方面内容：其一，学生自身因素，实验课程属于实践课程，对学生自主动手能力要求严格；因此，在进行实验之前，应首先对实验原理有初步掌握，同时，了解设备具体原理及操作，查询相关资料并做好预习是其关键。而部分同学在实验前未能做好准备，其结果将导致实验效果不理想或失败，影响学习效率。其二，基于实验设备自身因素，具体表现在设备自身设计缺陷或实验流程设计不合理等；如设备设计中基于材料等问题，不能真正将设备处于一种理想化状态，如摩擦力及阻力的存在导致实验结果与理论值偏差甚远[1]；再如，实验流程设计中，未能充分结合学生实际能力及技能掌握程度，难免导致学生实验操作中出现操作故障而引起实验失败或结果与理论偏差甚远，影响学生对物理学知识的理解，导致学习效率不高。

1.2关于强化物理实验学习的几点讨论与分析

结合1.1所提及的多数同学所存在的物理实验教学中所存在的问题，笔者结合物理实验学习实际情况，认为提高学习效果应从以下几方面做起：其一，做好预习，强化关联课程的理解与掌握。如对于人教版课程中的加速度实验，同学们应事先对相关知识及实验内容做好预习，了解加速度影响因素及与速度之间的关系，并对实验装置有一定程度了解，明确实验步骤及注意事项，其将对实验操作起到积极作用。其二，结合实验情况，从实验设备角度考虑，学校实验设备的先进程度对学生理解与掌握具有极大作用[2]。同样以加速度测试实验为例，计数装置选择至关重要，传统针式打点方式，存在较大的阻力，影响实验结果；如采用光电式设备对数据进行处理，将可在很大程度上避免设备运行造成的误差，且有效分析软件的使用也能对数据进行必要处理，更能接近理论水平，对同学理解与掌握具有一定效果。

2关于使用力学实验设备对加深学生理解效果的分析

牛顿第二定律是高中力学学习的重点，理解也存在一定难点，通过实验加强对学生的理解是必要措施，以下将结合牛顿第二定律实验对强化学生理解效果的形式进行说明。

2.1关于牛顿第二定律实验装置的说明

所谓牛顿第二定律，简单来讲，其主要内容为物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比；加速度的方向跟作用力的方向相同。对于该定理较为抽象，大多同学对其概念及如何使用不能理解；实验教学是主要方式，也是人教版课本学习的主要内容[3]。传统实验装置如图1所示，基本原理为在不同砝码重力作用下记录小车每秒钟运动的位移，从而推算加速度与力的关系。但结合实际情况，在图1所述的装置中影响实验与实际结果存在差异的因素。如摩擦力的作用，该装置中小车运动的作用力即为砝码的重力，但基于实际情况，桌面与小车车轮的摩擦力造成了小车推动力的消耗，同时纸带在打点中的阻力也是主要因素；即小车运行的实际推力小于砝码重力。但实际运算过程中，由于摩擦力与阻力无法计算，导致实际加速度与理论值存在一定误差。

图2牛顿第二定律测试装置（a）

2.2牛顿第二定律实验装置改进与在学生理解中的实践效果分析

基于2.1所述的实验装置在实际实验过程中所存在的实际情况，各个学校对其进行了改进，并取得了一定效果。如笔者在实际学习中对实际实验装置的应用中，所得的测试结果有了显著的提高，更加贴近理论值，使得学生通过实验更好理解牛顿第二定律，具体改进方式见图2；首先，图2中所示的电磁体的加入能够更好控制小车的启动，减少了人为误差的影响，同时也使得打点计时器打出的点更加准确，减少了实验误差，且易于学生分析[4]。采用该种方式，为确保小车可以同时制动，在装置尾部设置了限位器，即利用电磁铁同时控制两个小车运动与静止，保障了小车运动的同时性；且改进后的装置底板与小车车轮采用了摩擦力更小的材料，使得小车运动阻力更低。但该装置使用中应尽可能避免小车运动速度与加速度不得过大，以免所引起的冲量过大而引起打点失稳，影响实验结果。

对于以上改进，大多同学均可实现对牛顿第二定律的理解与掌握，且更好的便于学生对实验数据的分析。综合来讲，大多同学在对实验数据分析中普遍认为实验数据易于分析，且测得的加速度基本接近于重力加速度，对于学生理解起到了积极作用[5]。而与此同时，很多同学采用图例法对加速度与力的关系进行了分析，其图形与理论数据基本一致。

3总结与思考

结合以上分析，在对物理课程学习中，采用实验设备对加深力学相关知识及定律的理解具有极其重要的意义。如实际学习中发现，大多同学可以通过实验充分了解教材知识的内涵，极大提高了学习效果。但实际学习也发现，实验设备及方法的改进可减少实验误差的发生，且也能更加具体的将课本知识具体化及形象化，对于同学学习具有极大价值。如笔者对现有两种牛顿力学第二定律实验装置的对比，其效果明显，可以达到预期效果。因此，同学在实验过程中应不断思考各类影响实验结果的因素，以便更好结合实验设备及装置学好物理。

参考文献：

[1]刘卓然.高中物理力学实验中常见的故障[J].科技风.2017（03）

[2]衣莲.高中物理力学实验学习的思考[J].信息化建设.2016（03）

[3]唐佳乐.高中物理学习之我见[J].亚太教育.2016（35）

[4]黄晓辉.新课程理念下的高中物理合作学习[J].科技资讯.2017（18）

[5]王晗.浅析高中物理学习中存在的问题与解决[J].科技经济导刊.2017（06）