附：“自由落体运动规律的探究”——实验数据记录与处理

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1、实验二自由落体运动规律的实验探究自然界存在着千姿百态的落体现象，物理学把这种下落现象叫做落体运动。在落体运动中，物体的下落有快有慢，那么，是什么因素影响了物体下落的快慢，或者说，它们的下落遵循怎样的规律。为研究下落物体的运动规律，人们首先通过对落体运动主要特征的分析与研究，构建了能表征其基本运动属性的“自由落体运动”的物理模型，进而在此基础上，去探究“自由落体运动”所遵循的运动规律。一、实验任务的定位由“自由落体运动”的定义可知，其学科模型主要由物体、运动环境以及运动状态的改变等现象元素构成。其中，作为研究对象的物体具有质点、不同质量等学科属性。其运动环境则主要表现为：物体位于地球表面且处于

2、无空气阻力、无支撑的状态。而运动状态的改变主要表现为；初速度为零、沿竖直直线运动以及运动速度越来越快等运动学属性。也就是说，“自由落体运动”具有较为鲜明的初速度为零的变速直线运动的运动属性。为此，本实验将要探究的实验问题是，依据已构建的“自由落体运动”物理模型所具有的运动属性，探究“自由落体运动”遵循怎样的变速直线运动的运动规律。※认知思考：为能实现对上述实验问题的有效认知，请结合对下述实验认知问题的思考：即①怎样才能形成针对实验任务的实验研究方案、②怎样才能构建出符合实验探究要求的实验装置、③怎样才能形成符合实验探究要求的实验操作步骤以及④应如何对实验数据进行分析以形成对实验问题的有效诠释

3、，来进一步解读以下实验信息。二、实验方案的策划依据以上对“自由落体运动”的特征或运动属性的分析，可以生成以下研究方案：1、基于图像-函数拟合的实验认知方案我们知道，实验现象包括实验数据承载着能洞察被研究学科问题可能蕴涵的内在规律性的信息。为此，对实验现象或数据进行有效的采集，并借助作图法来直观地表征其具有的内在关系，然后在此基础上，再利用函数拟合的数据处理方法，即寻找合适的数学表式来描述图线的特征，就可揭示出被研究的学科问题所遵循的某种规律。基于以上分析，由此可形成如下的研究“自由落体运动”规律的实验方案：首先，借助一定的测量技术去获取研究对象位移随时间变化的实验信息，然后作出s-t图像，接

4、下来再运用函数拟合的数据分析方法来揭示其运动规律。12/12图1具体来说，我们可以利用图1所示的实验装置来获取“自由落体运动”的s-t数据（在该实验装置中，将DISLab实验系统的位移传感器的发射器视为研究对象），在此基础上，利用DISLab数据处理系统，描绘出s-t图线，再利用DISLab数据处理系统中的函数拟合功能，来揭示其具有的运动规律。2、基于假设或猜想的实验认知方案运用已有的认知背景来认知未知的物理问题是物理研究或学习的重要研究或学习方式。为此，需要经历的认知过程是，先依据已有的认知背景对研究对象的学科属性或特征进行辨析，然后再依据其具有的学科属性或特征提出认知猜想或假设，接下来，

5、即可形成基于猜想或假设的实验认知方案来开展对学科问题的探究。就本实验而言，应首先利用实验者认知结构中已有的有关运动学的理论，通过对“自由落体运动”的属性与特征的观察与思辨，进而梳理出作“自由落体运动”的物体具有“变速直线运动”的学科属性或特征。基于“自由落体运动”所具有的这一学科属性或特征，即可形成“假设‘自由落体运动’是匀加速直线运动”的认知猜想，这样，就可以通过认知迁移，即利用已知的研究匀加速直线运动的研究方法来验证“自由落体运动”是否具有匀加速直线运动的运动学属性，然后，通过对验证结论的分析进而形成有关“自由落体运动”所具有的运动学属性的实验推论。基于以上的分析，由此可形成如下的研究“

6、自由落体运动”规律的实验方案：（1）利用匀加速直线运动所具有的位移特征来探究“自由落体运动”具有的运动规律我们知道，匀加速直线运动的位移具有“相邻”两点的位移之差等于恒量，即s2－s1＝aT2或其位移之比为s1∶s2∶s3∶s4∶s5＝1∶3∶5∶7∶9的数据特征。因此，先通过实验的方法获取s-t数据，然后再依据其具有的以上数据特征，通过测量并计算“相邻”两点位移的距离差，或其位移之比，进而来推断作“自由落体运动”的物体是否遵循匀加速直线运动的运动规律。图2具体来说，我们可以利用图1所示的实验装置来获取“自由落体运动”的s-t数据，然后，通过测量实验数据“相邻”两点的距离差（如图2），或其位

7、移之比的实验数据来对“自由落体运动”具有的运动规律做出推断。※问题思考：还可选择哪些实验途径来获取“自由落体运动”的s-t数据。12/12（2）利用匀加速直线运动所遵循的运动学关系来探究“自由落体运动”具有的运动规律我们知道，匀加速直线运动遵循v22－v12＝2as的运动规律。通过对其运动特征的分析可知，其加速度a＝。也就是说，我们可以通过测量自由下落的物体下落一定距离的初、末速度的实验数据，再通过对其数据特