气垫导轨实验报告范文

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第1篇

关键词：误差分析 质量 加速度 力 改进

一、实验的误差来源

1.牛顿第二定律实验的系统误差分析

（1）理论分析

在图1由M、m构成的系统中，在平衡掉摩擦力后，有：

mg=（M+m）a ①

F=ma ②

由①、②可得，绳中拉力F= mg

通过上式可以知道，如果对m来说M非常大，m就可以忽略不计，不过这种情况下a也会变得很小而难以进行数据分析。

（2）图像分析

当m较小时，图像2、3前半部分近乎直线，随着m增大。 减小，图像后半部分弯曲。

2.系统中的摩擦力引起的误差

小车拖着纸带运动受到的摩擦力实际有两部分：（1）木板对小车的摩擦；（2）限位孔对小车的摩擦。

当摩擦力平衡时有Mgsinθ=μMgcosθ+F（F指限位孔对小车的摩擦），当研究加速度与力的关系时，物块的质量不变，Mgsinθ=μMgcosθ+F关系式始终成立，当研究加速度与质量的关系时，M发生变化，F保持不变，Mgsinθ=μMgcosθ+F不再成立。

二、实验改进

1.改进方案一

（1）在传统的试验中，木板对滑块有摩擦力，在平衡摩擦力时，由于物体是否做匀速直线运动不易判断，误差较大。可换用气垫导轨，从小孔出来的气体比较均匀，滑块受力均衡，在调平衡时只要滑块在导轨上的任意位置处于静止状态即可，避免了传统实验平衡摩擦力带来的误差。

（2）由前面我们知道，传统实验处理时是把绳子拉力约等于悬挂物的重力来处理，而实际上绳子的拉力要小于悬挂物的重力，我们前面已经证明过。这是引起实验误差的一个重要原因，特别是当小车的质量不是远大于悬挂物的质量时，误差更加明显；而且，对学生以后的连接体问题的学习会造成很大影响，因为学生从这个实验中看到，用悬挂物的重力代替绳子拉力，以后他们碰到这样的连接体问题时，总会认为绳子的拉力就等于所挂物的重力。因此，要克服以上缺点，最好是直接把绳子对小车的拉力测出来。

要测力，可以把力传感器和滑块相连，这样传感器的读数就等于小车受到的拉力，如图4，即F=Ma。

2.改进方案二

我们可采用气垫导轨的倾斜下滑法来验证牛顿第二定律。如图5所示，将调平后的导轨一端底脚螺丝下垫上一块厚度为h的垫块，此时导轨与水平地面的夹角为θ，滑块在倾斜的导轨上受到一个外力F=Mgsinθ。由几何关系sinθ= ，L为导轨两端底脚螺丝的距离。在这个外力的作用下，滑块将获得一个沿斜面向下的加速度a。根据牛顿第二定律，其动力学方程为mg =ma。光电门安装在导轨的一侧，和电脑计数计时仪相连。电脑计数计时仪可以测出滑块上宽为d的挡光片通过光电门所需的时间，其中的计算电路可计算出滑块通过光电门时的速度和滑块在导轨上运动的加速度，时间、速度、加速度都可由显示屏读出。

总之，本改进实验解决了学生的困扰，认识到了传统实验的弊端，在他们学习连接体问题时有很大帮助。虽然该改进实验还是存在很大误差，但总体来说还是有它积极的意义。

参考文献

[1]束炳如 何润伟 普通高中课程标准实验教科书物理（必修1）.上海科技教育出版社，2007年3月，第二版。

第2篇

关键词：微课；翻转课堂；大学物理实验

大学物理实验是理工类本科专业的一门基础必修课程，是提高学生动手能力和科研能力的重要实践环节，因此其教学研究一直受到广大教师的高度关注［1］．传统的大学物理实验受资源缺失和模式单一等问题的影响，致使教学效率与效果非常不理想．当前随着互联网技术的飞速发展，针对学生个性化差异而设计的翻转课堂教学模式应运而生，并成为教育教学的热点．翻转课堂是在线学习与面对面学习相结合的一种混合教学模式，在美国已日渐流行［2－3］，如何将翻转课堂融入大学物理实验教学中，实现信息技术与课程的深度整合，是大学物理实验教学的新课题．本文构建并实践了基于“微课”的翻转课堂教学模式，以期提高大学物理实验的教学效果．

1大学物理实验教学中存在的问题

1．1课程资源粗糙，难以保证教学质量

目前大学物理实验中学生的预习报告和总结复习主要依靠文字教材及网络上的资源平台信息，粗糙的课程资源数量庞大、良莠不齐，且与仪器型号、配置不一定吻合，故耗时而效率低．教学资源中缺少针对性强的精品微视频，缺少仪器设备的构造、性能、应用演示平台，缺少与实验有关的实际应用简介，缺少与当前高新技术关系的扩展．学生预习时目标不明确，复习时不能重现实验过程，课外遇到问题无法得到及时互动解决．粗糙的课程资源严重影响了实验教学的质量．

1．2教学模式单一，学生学习较为被动

传统的大学物理实验是以教师为主体的填鸭式教学，教师讲解示范，学生按步骤机械地被动做实验［4］，学生根本不用动脑筋，对实验的全局缺乏把握．实际操作过程中遇到问题立即找老师，遇到实验失败立即找老师，不愿知道也不知道如何找原因．学生学习始终处于被动状态，失去了独立思考、主动解决问题、锻炼动手能力的大好机会，对知识掌握程度低．

1．3交流互动少，无法满足学生个性化学习的要求

大学物理实验对实践能力要求特别高，学生在课前预习及课后复习中，会遇到大量难以预知的困难，遇到问题无法立即得到交流指导，进展缓慢且质量低下．在课内学习时，学生主动深层次提问题的交流几乎没有，都是实验中出现异常现象为得到实验结果而进行的浅层次交流．在使用教材、教学模式、教学步骤相同的情况下，较少的互动，无法满足学生个性化学习的需求，更无法实现知识技能内化的深层次教育．

2基于“微课”的翻转课堂特点

翻转课堂是通过将传统课堂知识传递与知识内化两大阶段颠倒，实现对传统课堂教学进行变革的一种教学模式．其内涵包括课前知识传递、课中知识内化和课后知识巩固三部分内容．课前教师创建并“微课视频”，学生借助于“微课视频”和指定阅读材料，进行探索完成知识建构，实现知识传递．课中教师解决学生问题，组织参与合作性学习，交流分享学习经历与成果，帮助学生完成知识内化，实现课堂翻转．课后应用是课堂的延伸，通过总结与反思，改变应用环境及条件，拓展知识应用范围，实现知识的深化和巩固［5－6］．基于“微课”的翻转课堂具有以下特点：

2．1教学资源变粗糙为精练

教师在对教材、内容、仪器、学生深入分析的基础上，整合教学内容，确定知识点，精心设计录制“微课视频”，使教学资源从信息的海洋（精品课堂视频、开放课程视频、文字资料等）中解放出来，变为“微课视频”与指定阅读资料（实验教材）相结合的精细简洁教学资源．

2．2突破局限满足个性化学习需求

“微课视频”表现为内容精、时间短、容量小，教师便于通过电脑和网络发送，学生利用手机就可以方便地接收下载．教师可以及时了解学生学习时的问题及进度，以方便有针对性地交流引导［7］．“微课视频”打破了时间、空间、内容的局限，使学生随时随地都可以预习或复习不同内容的知识．“微课视频”中设置的不同问题可以满足不同层次学生的需求．“微课视频”把实验中的理论讲解移出课堂，让实践性内容进入课堂，对于实验课，可以大大延长动手操作时间，使动手操作更深入、更全面．“微课视频”的融入突破了传统实验教学的局限，使学生个性化学习的需求得到满足．

2．3学生变被动为主动学习

翻转课堂中教师不再霸占课堂阵地、唯我独尊地传授知识，而是变成了策划者、导演和学生的学习伙伴．学生成为课堂中学习的主角、主体和主人，可以自由思考、积极发言、充分展示．师生关系从原来的从属关系变为平等互动、友好合作的伙伴关系，使师生交流、生生交流畅通愉快，没有畏惧．

3基于“微课”的翻转课堂教学模式

3．1制作“微课视频”，完成课前知识传递

制作“微课视频”是翻转课堂的基础．用于大学物理实验的“微课视频”，选题要精细准确，教学环节要完整，制作技术要精细，练习反馈要及时，以适应学生特点和满足学生需求．我们把大学物理实验的“微课视频”分为介绍视频和实验视频两类．介绍视频包括误差理论、数据处理、力学基本训练和电学基本训练4个．实验视频是针对12个实验，每一个实验设计一个视频，有较强的针对性，学习使用起来也比较方便，每个视频最后紧跟4～5个测试题，帮助学生及时进行检测．实验视频的制作原则是从学习者角度思考实验内容，以问题为导向，逐步培养学生的观察能力、动手能力和实践创新能力．每个视频由教师讲解、PPT辅助和仪器现场演示来完成，内容包括实验背景、仪器介绍、设计思想和测试作业四部分，主要解决为什么做，根据什么做和做什么，怎样做的问题．例如气垫导轨法验证牛顿第二定律的“微课视频”，我们通过气垫船在两栖作战中的作用，介绍了气垫技术的发展；通过仪器展示，介绍气垫导轨、MUJ－6D电脑通用计数器的性能特点和使用方法；通过轨道水平、倾斜的实验设计，启发学生思考黏滞阻力对实验的影响，进而设计摩擦系数的测量实验．通过有几种办法对轨道进行定性和定量判断水平等测试作业来检验学生对知识的掌握程度。“微课视频”在进行实验课前一周发给学生，学生可以在任何时候、任何地方与任何同学一起讨论学习．学生借助于“微课视频”和指定阅读材料，实现知识传递后，要完成测试作业．拿到合格成绩后方可进入实验室，以确保学生有准备地参与新课堂．教师要随时关注学生的学习进度、动态、问题讨论（以利于课内教学中设计问题），但并不判断对错，以免影响学生讨论，并观察学生表现，结合测试作业，给出学生预习成绩．

3．2讨论解决问题，完成课上知识内化

有效组织课堂活动是翻转课堂的关键［8－9］．翻转课堂活动的要旨是解决各种问题的，这些问题可以是理论上的也可以是实践中的，可以是预习中的也可以是事先有针对性设计的，可以是课内完成实验的也可以是课外应用产生的．教师在设计、解决问题的过程中，参与交流、控制进度、引导讨论、诱发创造力，完成知识内化的目标．如气垫导轨法验证牛顿第二定律的实验，课堂讨论的问题是（1）你认为仪器使用中需要注意哪些问题？（2）哪些因素影响实验结果？你能想到哪些解决问题的办法？（3）如何进行数据处理？（4）利用现有的仪器，你还能设计出哪些实验？课堂教学过程分两个阶段：（1）学生进实验室后，每个人对所有仪器设备进行尝试操作，熟悉仪器及安全、原理及性能，对实验整体有一定的把握．教师强调安全要领，在实验课中，强调安全及设备使用重点不仅利于保障学生人身安全，也使学生掌握正确的实验设备使用方法，进而减少设备损耗．如气垫导轨实验中，要避免滑块内表面与轨道表面直接接触．（2）集体讨论与分组实验．每个大组20人进行集体讨论，每个小组2人进行独立实验．集体讨论中，采用问题调查法，即教师提出一个问题，展开多项答案，供学生选择发表看法，针对每种看法，老师和同学一起进行评价．对于性格内向不善言辞的同学，采用互动为先、适时激励的办法，即引导害羞的同学主动与其他同学互动，并在中间关注鼓励这些学生，让其参与互动并保存热情．分组独立实验中，要实现具体操作、设计表格、记录数据、判断结果这些内容．一个人操作仪器，另一个人记录数据，也可以互换角色，分工合作共同完成实验．2个人一组的好处就是遇到实验异常现象可以互相讨论，在无法解决时再寻找老师帮助，提高学生的合作能力、思考能力和创新能力．教师对实验操作中遇到的问题及时指导，对具有代表性的问题进行统一讲解；观察和记录每一位学生的表现，并计入操作成绩．如气垫导轨法验证牛顿第二定律的实验操作中容易出现的问题是：（1）轨道调不水平，测不出实验数据；（2）电脑通用计数器读数错误，不会寻找原因．

3．3反思拓展应用，实现课后知识巩固

反思拓展应用是翻转课堂的延伸．反思可以强化学生对知识的理解，拓展可以开阔学生的视野，应用可以使学生在不同环境、不同条件下举一反三，应用知识唤醒创造力．尤其是课内研讨不充分的案例、问题，必将延伸到课后，实现知识巩固．如针对实验中的误差，如何改进实验，如果改变实际应用的环境和条件，怎样设计实验．同样的仪器设备，你还能设计出其他物理规律的验证实验吗？或你能设计出研究性实验吗？在气垫导轨法验证牛顿第二定律的实验中，请设计验证动量守恒、机械能守恒的实验，请设计研究简谐振动特点的实验．教师除了提供给学生实际应用环境及条件，检验学生的理论联系实际解决问题的能力外，还要结合“预习测试”成绩、“实际操作”成绩和“实验报告”成绩，对学生进行过程性评价和形成性评价．更要反思“微课视频”、课堂问题设定、对话引导设计、问题解决途径等方面的特点与不足，为后期的视频资源开发、翻转课堂教学积累经验，提供借鉴．

4结语

第3篇

牛顿第二定律是人教版《高中物理新课标教材・必修1》中的第四章第二节实验：探究加速度与力、质量的关系.该实验是联系力学与运动学的桥梁、纽带，是中学物理的核心内容之一.而牛顿第二定律实验是加深对该定律理解与掌握的必要手段，在物理教学中有着举足轻重的地位.该实验是探究加速度与力、质量的关系，对该实验的理解与掌握是学好物理科目的必要条件之一.

书中的实验是：

两个相同的小车放在光滑水平板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码.实验时小盘和砝码牵引小车，使小车做匀加速运动的力与小盘和砝码的重力相等.因此，增加小盘中的砝码就可以改变小车受到的合力.

两小车后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止.打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来.用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比.

为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码.

2 笔者认为该实验存在以下不足之处

（1）该实验只能对加速度与力、质量的关系进行定性的研究，而不能进行定量的研究.

（2）考虑失重及摩擦的影响，使小车做匀加速运动的力实际上与小盘和砝码的重力并不相等.

（3）由于小车运动后速度较大且不同，用夹子不能保证两车同时停下来.

（4）该实验虽用控制变量法，却只能进行定性的研究，让学生对该实验信任度降低.

3 结合多年教学，笔者对该实验进行了如下改进

3.1 实验装置器材说明及实验创新与改进之处

（1）利用气垫导轨减少摩擦，利用木架改变高度、改变滑块的质量可以克服失重带来的负面影响.

总之，作为物理教学的一个重要组成部分，实验教学是一线物理教师必须重点关注的教学过程.从实验趣味性，到分组实验教学，再到实验报告的价值反馈，每一个过程都是物理实验教学需要仔细探究的部分.尽可能地让学生参与到实验中来，尽可能地引导学生自主去设计实验、探究实验，引导学生更多的从数学角度对实验数据进行处理，准确地挖掘其中的物理规律.当然，在教学过程中，有一些实验我们无法做到，这怎么办？我们应该充分利用多媒体模拟，可以将抽象的概念形象化，帮助学生更好的理解物理规律.但是要认识到物理是以实验为基础的学科，对事物的认识必须以实验结果为依据，多媒体模拟不能替代学生动手实验.将多媒体模拟、学生动手实验很好地结合起来，可以促进实验教学.

科学的实验方法，本身就要求实事求是的态度，在实验教学中严格要求学生尊重事实，忠于实验数据，反对弄虚作假；要求学生认真对待实验，踏踏实实地进行实验操作，逐步养成严谨治学的科学态度.

结论：在物体质量不变时，物体的加速度跟作用在物体上的力成正比.即a∝F合.

3.3 综上所述得实验结论

物体的加速度跟作用在物体上的力成正比，跟物体的质量成反比.就是牛顿第二定律.用国际制单位得a=F合/m.

4 实验效果

（1）利用光电计时器和气垫导轨得到的数据误差很小；

（2）利用软件拟合图线可得到物理量间理想的正比或反比关系；

5 改进后实验自行评价

①再现用平均速度代替瞬时速度及用加速度定义求解的物理过程；