瞬时速度的测量.doc

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1、实验一瞬时速度的测量图1AA3A4A1A2P图2挡光片A瞬时速度是一个重要的物理概念。其学科意义是用来表征某一时刻物体运动快慢的程度。目前高中物理对瞬时速度概念的认知主要基于以下两种途径或方法：其一是基于理性层面的认知，即利用图1所示的情景示意图，并借助平均速度的概念以及“无限逼近”的极限思想来描述瞬时速度的概念。比如说，若要描述小车经过位置A时的瞬时速度，应先依据平均速度的概念，分析与不同的Δs（比如AA1或AA2或AA3或AA4等）相对应的平均速度谁能更精准地反映出小车经过位置A时其运动快慢的程度。如果由此可得到的推论是，当所选取的

2、位移越接近位置A，其平均速度就越能精准地反映小车在该位置时运动的快慢程度。那么，接下来即可做的推论是：当所选取的位移趋近于零时的，就是该位置（或该时刻）的瞬时速度。其二是利用图2所示的实验图式，从实验层面加以认知。其认知过程为，先用实验手段呈现理性认知的情景，再运用实验手段来表征与再现理性认知的过程，具体来说，就是在倾斜的斜面A处放置一光电门，让载有轻质挡光片（宽度为Δs）的小车从P点静止下滑，再利用处于A处的光电门记录挡光片经过A点所经历的时间Δt，接下来，改用不同宽度挡光片重复上述实验。最后，再运用在理性认知中对情景现象进行分析的思

3、路与方法去完成对瞬时速度概念的认知。※认知思考：在以上关于瞬时速度概念的认知表述中蕴涵哪些值得关注的学科思想与方法。一、实验问题的定位仔细思辨上述认知过程，不难发现，这种主要借助“无限逼近”的极限思想来认知瞬时速度概念的认知活动，无论是基于情景或基于情景的实验分析，总会由于“因无法真正实现Δt（或Δs）趋近零”，因而或多或少地会对瞬时速度概念的理解产生一定的认知疑惑。此外，这样的认知疑惑还可能会引发的另一个问题是，“由于在实验中无法实现Δt（或Δs）趋近零，因而将无法利用实验的手段来量度运动物体的瞬时速度”这样的认知误区。为此，本实验将

4、要探究的实验问题是，如何借助实验的手段来测定瞬时速度，进而在此基础上，对瞬时速度的概念做出更为清晰的诠释。※以下将从实验认知的视角，就实验探究中的“如何生成实验方案、如何构建实验装置、如何形成实验步骤、如何进行实验数据的采集与实验数据的处理”等实验认知问题进行解析。二、实验方案的策划我们知道，平均速度的概念可用＝公式来表征，也就是说，与Δt（Δs）具有一定的内在联系。为此，我们是否就可以形成这样的认知思路来解析上述认知问题，即依据平均速度的概念属性，通过构建能表征其概念属性的实验平台来对它们之间所存在的关系特征做进一步的透视与分析，进而

5、形成基于实验视角的学科认知方法去认知或去量度运动物体的瞬时速度。具体来说，我们可以通过构建具有匀加速直线运动属性的实验平台，以此来明晰与Δt（Δs）具有的内在联系。即对匀加速运动来说，有＝——①v2＝v1＋aΔt——②其中，v1为物体的初速度，v2为物体的末速度。若将②式代入①式即有，＝＋，或＝v1＋Δt由以上分析可知，作匀变速直线运动的物体其与Δt（Δs）具有线性的关联关系。为此，我们就可以利用与Δt（Δs）所具有的＝A＋BΔt这一学科属性，去构建能承载该学科属性的实验系统，即构建具有匀加速直线运动属性的实验平台，并依据实验认知原理去

6、获取多组与Δt（Δs）的数据。在此基础上，再运用作图法作出～Δt图，并从实验认知的视角、结合数学思维，对实验图线的特征及其所蕴含的物理内涵进行解读，从而实现在用间接测量法求解瞬时速度的同时，能借助基于实验与数学视角的极限推理来升华对“Δt（Δs）趋近零”的有效感知。可见，“审视平均速度学科概念的属性与特征、构建能表征其概念属性的实验平台、从实验视角对其关系特征的透视与解析”是形成本实验认知方法需要把握的主要认知环节。※认知思考：①为什么要选择“具有匀加速直线运动属性的实验平台”作为探究实验问题的认知切入点；②重新审视已做过的瞬时速度的测

7、定实验，比较两者的认知差异。三、实验系统的构建压缩空气挡光片滑块导轨图3依据以上实验认知方法，本实验选用由滑块与气垫导轨组成的斜面来创设“物体做匀加速直线运动”的实验情景，如图3所示，以及利用光电门传感器来测量和记录不同宽度挡光片的挡光时间Δt，以此来获取若干组Δt（Δs）的实验数据，进而为认知实验问题提供必要的实验信息。※认知思考：①简述由实验平台呈现的运动现象主要由哪些现象元素所构成；②结合对以上问题的思考解读以下给出的“关于梳理的发现”所具有的实验认知意义。※关于梳理的发现：通过对以上实验系统的构建过程的梳理可以发现，依据实验问题

8、元素来抉择实验器材或实验构件以及依据实验问题元素间可能存在的内在关系来整合实验器材或实验构件，是构建实验系统需要把握的主要认知脉络。在此基础上，还可通过对实验问题元素的属性特征的进一步分析，以此形成对同一实