物理趣味实验与弹力球运动问题

1、物理趣味实验与弹力球运动问题摘要：二十一世纪是一个信息技术飞速发展的世纪。随机信息技术的发展，科学技术的传播也变得更加方便快捷，其发展速度也是突飞猛进，各学科之间的联系日益紧密，相互渗透，一种新的综合化趋势已经成为了现代科学发展的主流。因此，创新的思想越发显得重要，创新需要人才，而人才需要教育。 如何培养学生的创新思维有许多途径，而物理趣味实验教学是一种重要途径。基础物理实验教学一方面能让学生受到系统的、严谨的实验技能训练，另一方面还能培养学生的创新精神和科学思维能力，培养学生理论联系实际，发现问题、分析问题、解决问题的能力，尤其是与现代科学技术的发展相联系的综合实践能力，因此实验教学应该随着

2、时代的发展而不断创新，才能适应新的挑战。只有这样，才能培养出更多的人才，社会才会进步。关键字：趣味性 实验 弹力球 能量转化Interesting physics experiment and ball movementAbstract: in twenty-first Century, is a rapid development of the information technology age. Development of random information technology, communication technology has become more convenient

3、 and fast, its development speed is also make a spurt of progress, each subject between the increasingly close ties, mutual penetration, a new comprehensive trend has become the mainstream of the development of modern science. Therefore, the innovation thought becomes more and more important, innova

4、tion requires talent, and talent education. How to cultivate students' innovative thinking in a number of ways, and interesting physics experiment teaching is an important way to. Basic physical experiment teaching can make students be systematic, rigorous training of experimental skills, but al

5、so cultivate students creative spirit and ability of scientific thinking, cultivate students the theory with practice, found the problem, analyze and solve the question ability, particularly associated with the development of modern science and technology with the comprehensive practical ability the

6、refore, the experiment teaching should innovate constantly with the development of the times, to meet the new challenges. Only in this way, in order to cultivate more talents, society can progress.Keywords: interest experiment elastic ball energy conversion目录摘要20 绪论50.1研究背景50.2研究意义60.3研究方法71 趣味实验概念表

7、述71.1趣味实验的基本思路71.1.1趣味实验设计方案的原理91.1.2趣味实验设计方案的要求101.2趣味实验在物理教学中的运用101.2.1趣味实验对师生的影响101.2.1趣味实验教学在中学物理中的体现112趣味实验的实践研究122.1提出问题122.2确定方案122.3实验设计实施122.3.1实验目的122.3.2实验器材132.3.3实验原理132.3.4实验步骤142.4实验数据的处理152.4.1研究乒乓球平抛运动的实验152.4.2研究竖直方向上弹力球运动的实验152.4.3研究水平方向上弹力球运动的实验162.5实验结果分析182.6实验误差分析183趣味实验的作用与存在

8、的问题193.1趣味实验的作用193.2趣味实验在现实教学中存在的问题和解决方法19参考文献21致谢220 绪论0.1 研究背景科学技术是第一生产力是马克思主义的基本原理，马克思、恩格斯关于科学是生产力的思想是十分深刻的。社会的发展有赖于科技的发展，科技的发展则需要创新，由此可见，创新对于人类社会的进步尤其重要。当今世界，国家实力最关键的体现就在于科技创新能力。在如今经济全球化的时代，一个具有较强科技创新能力的国家就能在世界产业分工链中处于顶端地位，在掌握尖端技术的同时获得巨大的利益，创造更多的新兴产业，提供更多的就业机会，加快社会的飞速发展。物理是一门以实验为基础的自然科学，物理教学对于人才

9、的培养、科技的发展都具有深远的影响。作为一门基础学科，物理学的进步将直接推动科学技术的发展。物理是一门鼓励创新的科学，任何物理学上的重大发现、进步都是通过众多物理学家的不断的探索、从一次又一次的失败吸取经验教训总结创新出来的。牛顿爵士是一位英格兰物理学家、数学家、天文学家、自然哲学家。他在1687年发表的论文自然哲学的数学原理里，对万有引力和三大运动定律进行了描述。这些描述奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点，并成为了现代工程学的基础。爱因斯坦举世闻名德裔美国科学家，为犹太人，现代物理学的开创者和奠基人，相对论、质能关系的提出者，“决定论量子力学诠释”的捍卫者(振动的粒子)不掷骰子的上帝。1

10、999年12月26日，爱因斯坦被美国时代周刊评选为“世纪伟人”。牛顿、爱因斯坦的成功并不是偶然，他们都具有一种不惧权威、勇于创新的精神，所以牛顿才能在伽利略、开普勒的研究的基础上加以总结、创新并建立牛顿经典力学体系;爱因斯坦才能创立相对论并且经受住了时间和历史的严峻考验。实验教学在整个物理教学中起到的作用是巨大的，不但锻炼学生的动手能力、实践能力、思考能力，而且激发了兴趣、培养了学生的探索精神、创新精神。0.2研究意义（1） 物理趣味实验对于物理的意义物理学（英语：Physics）是一门研究物质最基本的结构、最普遍的相互作用以及最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学，它的基本理

11、论能够运用到各种领域，发挥重要作用。物理学在本质上是一门实验学科，物理规律的发现和物理理论的建立都必须以物理实验为基础，物理学中的每一项突破都与实验密切相关。物理概念的确立，物理规律的发现，物理定律、定理的确立都有赖于物理实验，而物理创新性实验则更能体现实验对于物理这门学科的重要性，正是由于这些奇思妙想才能突破旧的思维定势，旧的常规戒律，改进或者创造新的事物。（2） 物理趣味实验对于学生的意义通过物理实验我们对于物理会有更加深刻的认知和理解，尤其是创新性试验更能够拓宽思维，激发学生学习兴趣。通过对物理实验的熟悉，可以帮助我们掌握基本的物理实验思路和实验器材的操作，进一步稳固了对相关的定理的理解

12、，锻炼理性思维的能力。在提高我们学习物理物理兴趣的同时，培养我们的科学思维和创新意识，掌握实验研究的基本方法，提高基本科学实验能力。它也是我们进入大学接触的第一门实践性教学环节，是我们进行系统的科学实验方法和技能训练的重要必修课。它还能培养我们“实事求是的科学态度、良好的实验习惯、严谨踏实的工作作风、主动研究的创新与探索精神、爱护公物的优良品德”。0.3研究方法本着理论联系实际的思想，本论文主要通过查阅文献资料与实践探索相结合的方法来学习物理创新性实验的概念及其运用。首先是对创新性实验概念的表述，从理论的角度来了解创新性实验；接着罗列出创新性实验的研究步骤：1.提出问题2.确立方案3.实施实验

13、4.实验数据处理5.实验结果分析6.实验误差分析；最后谈谈创新性实验的作用以及存在的问题。1趣味实验概念表述趣味实验在实验内容上，体现时代性；在教学目标上，注重提高学生的实验素养，增强学生的创新意识，发展学生的自主学习能力和独立研究能力。在教学中充分发挥传统仪器和实验方法作用的同时，克服保守思想，采纳新观念，关注新技术在物理实验中的运用，根据主题要求设计新的实验，针对不同类型的实验采取新的实验方法，提倡使用一些新的仪器。1.1趣味实验的基本思路（1） 明确提出问题，了解实验的趣味性（2）分析实验中需要测量哪些物理量以及需要哪些仪器进行测量（3）运用所学知识与技能，确定所需器材、实验步骤，设计实

14、验方案1.1.1 趣味实验设计方案的原理物理趣味实验具有创新性，要打破常规、发散思维、体现趣味性，所以没有固定的模式和万能的方法，但是物理实验的设计又有其自身规律性，从实验设计的六个层面上提炼出物理实验设计的六大原理1：（1） 物理平衡原理物理平衡原理是已知A，现求B，B不易直接求，让B与A平衡，则可巧妙地求B.A和B代表物理现象、物理过程或物理量,这里的平衡可以是力平衡、热平衡、电磁平衡等。（2）物理转换原理物理转换原理是已知B=f(A),现要测B,但B不易测,利用B=f(A)把测B转换为测A,由B=f(A)可得B.（3）物理比较原理物理比较原理是若实验条件N相同,有某物理现象或物理规律K相

15、同;若条件N不同,有某物理现象或物理规律K不同,则说明实验条件N是某物理现象或物理规律K的相关因子（4）物理放大原理物理放大原理是若物理现象、物理过程不明显或物理量A太小不易测量,可以进行物理放大,使物理现象、物理过程明显,使物理量A容易测量.物理放大有力学放大、光学放大、电磁放大、热学放大和叠加放大等多种方案（5）物理模拟原理物理模拟原理是某些物理现象、物理过程或物理规律A不容易或不可能直接显示出来,经过物理原理模拟后把它们可靠和容易地显示出来（6）物理变换原理物理变换原理是在物理实验改革和物理创新实验设计中创新性较高的原理,物理变换原理分为:(1)静动变换;(2)水平竖直变换;(3)平面立

16、体变换;(4)放大缩小变换;(5)分立一体变换等1.1.2 物理趣味实验设计方案的要求物理趣味实验首先必须具有趣味性，实验现象要明显，要能够激发兴趣，其次，实验必须简单易操作，繁杂冗长的实验步骤很难激发学生的创新思维，最后，实验还要具有可行性，可以想象很难实现或无法实现的实验很难有说服力，只有真正可行的实验才能通过直观的实验现象引起学生的思考，启发学生的创新思维。1.2 趣味物理实验在物理教学中的运用在整个物理教学过程中，趣味物理实验占有重要的地位，往往是对前面所学知识的巩固甚至升华，为枯燥的物理学习带来了新的活力，还起到了开拓学生眼界、鼓励发散思维、提倡创新精神的作用。1.2.1 趣味实验对

17、师生的影响物理趣味实验的实验现象一般会与我们的生活经验产生矛盾，学生通过日常生活经验很难理解为什么会有这样的现象，这就会激发学生的好奇心、求知欲，同时教师必须具备扎实的学科知识才能为学生专业地阐述现象的本质，透过现象看本质。总而言之，物理趣味实验不仅对学生是挑战，而且对教师也是一种挑战。1.2.2 趣味实验在中学物理中的体现在中学物理教学中有许许多多的物理趣味小实验，例如：能自己跳开的纸杯、吹不出来的兵乓球、土电话、扩散现象、漂浮的针、烧不断的棉线、自己会走路的杯子。这些实验的器材通常来源于生活，在日常生活中随处可见，可也就是这些普通的器材却能产生奇特的实验现象。下面就主要来介绍能自己跳开的纸

18、杯和吹不出来的乒乓球这两个趣味实验。实验1  能自己跳开的纸杯 实验材料：两只纸杯（或轻的塑料杯） 实验步骤：1把两只纸杯重叠好后，放在水平桌面上2用手轻轻抓住下面的纸杯，用力对上面的纸杯沿水平方向吹气，上面的纸杯便会迅速地跳离开来。  实验原理：当我们对上面的纸杯沿水平方向吹气时，纸杯上面的空气流动速度加快，气压减小，而纸杯下面的空气流动速度没有改变，气压也没有改变，这样，由于纸杯下面气压较大，就把纸杯压上去了。这一现象是荷兰物理学家伯努利首先发现的，也就是伯努利原理。丹尼尔·伯努利在1726年首先提出的原理的内容是：在水

19、流或气流里，如果速度小，压力就大，如果速度大，压力就小。实验2  吹不出来神奇的兵乓球 实验器材：乒乓球一个、漏斗一个 实验步骤：1.拿一个乒乓球放在漏斗里，仰着头，往漏斗里吹气。2事实告诉我们：越是使劲想把乒乓球吹出来，它越是呆在那里不动。 实验原理：这是因为当气流从漏斗中吹出来时，冲击乒乓球的表面，气流绕着乒乓球往上涌，这时乒乓球下部的压力比大气的压力小，因而使乒乓球无法跳出漏斗。你越是使劲吹，乒乓球下面的气流速度越快，压力也越低，大气的压力就会把球死死地“摁”在漏斗里。2趣味实验的实践探究乒乓球平抛落在水平桌面上后的弹跳轨迹是有规律的，那

20、么换成弹力球呢？它的运动轨迹是否也是有规律可循的呢？2.1提出问题弹力球平抛落在水平桌面上后的弹跳轨迹是如何的？以及产生实验现象的原因是什么？2.2确定方案我们可以借助高速摄像机完整的记录下弹力球平抛落在水平桌面上后的弹跳轨迹，测量并比较相邻落地点之间的距离，探究运动轨迹形成的原因并与同种情况下的乒乓球做对比。2.3实验设计实施实验设计实施包括确定实验目的，选取实验器材，解释实验原理，实验步骤操作四个方面。2.3.1实验目的探究弹力球平抛落在水平桌面上后的弹跳轨迹，对比乒乓球的弹跳轨迹，分析弹跳轨迹形成的原因2.3.2实验器材弹力球，乒乓球，高速摄像机，简易斜面，钢尺，铁架台2.3.3实验原理

21、弹力球平抛落在水平桌面上后的弹跳轨迹与乒乓球的弹跳轨迹有所区别，乒乓球每段相邻落地点之间的距离基本相等，而弹力球每段相邻落地点之间的距离不相等，会出现距离一短一长交替出现的情况，而且每一段较短的距离基本相等，每一段较长的距离也基本相等。出现这样的实验现象的主要原因就是能量的转化。弹力球在第一次与桌面碰撞时会受到桌面对弹力球的巨大静摩擦力，由于受到静摩擦力会导致弹力球旋转，从而弹力球的平动动能会转换成转动动能，因为平动动能的减小所以弹力球第一次弹跳的距离较短，而弹力球在第二次与桌面碰撞时具有转动动能，静摩擦力会阻碍弹力球的转动，这样转动动能又转化成了平动动能，因为平动动能的增大所以弹力球第二次弹

22、跳的距离较长。接下来弹力球的运动就是重复之前的一短一长的运动，如此往复下去。2.3.4实验步骤1. 首先可以大致观察乒乓球和弹力球在两个表面之间的反弹轨迹，通过两球运动轨迹对比发现弹力球运动与一般小球（比如乒乓球）运动存在差异，感受弹力球的特殊物理性质。2. 将简易斜面摆放在19.9cm高的高处，并使球从斜面静止滑下后能水平抛出落在水平桌面上，在大致的落地位置放上一把长度适合的直尺，并与小球弹跳轨迹所在平面保持平行使得读数正确。3. 将乒乓球从斜面上相同高度静止滑下，使用高速摄像机记录下乒乓球在水平桌面上弹跳轨迹，重复多次实验，避免偶然情况。4. 同样的将弹力球从斜面上相同高度静止滑下，保持每

23、次弹力球平抛的初速度相同，使用高速摄像机记录下弹力球在水平桌面上弹跳轨迹，多次实验。5. 最后比较乒乓球和弹力球的弹跳轨迹，分析原因。6. 得出结论，整理实验器材。2.4实验数据处理实验结果的表达，首先取决于实验的物理模式，通过被测量之间的相互关系，考虑实验结果的表示方法。常用到数据处理方法有作图法，列表法，平均值法，最小二乘法等。在处理数据时可根据需要和方便选择任何一种方法表示实验的最后结果。2.4.1研究乒乓球平抛运动的实验将乒乓球从19.9cm高处以一定的初速度平抛落在水平桌面上，依次测量乒乓球在水平桌面上第一段、第二段、第三段、第四段弹跳距离S，总共做3次实验，避免偶然性。次数距离/c

24、m第一段弹跳距离S1 第二段弹跳距离S2第三段弹跳距离S3第四段弹跳距离S4 138.3536.6634.7934.15 238.8536.6534.4233.68 339.6738.2435.5233.552.4.2研究弹力球竖直方向上运动的实验为了更好地研究弹力球在水平桌面上的弹跳轨迹可以把从竖直方向和水平方向两个方面来探究。同样将弹力球从19.9cm高处放下，使其做自由落体运动，记录弹力球第一次、第二次、第三次、第四次弹起高度H，以此来代替探究弹力球平抛落到水平桌面后竖直方向上的运动，总共做3次实验。次数距离/cm第一次弹起高度H1第二次弹起高度H2第三次弹起高度H3第四次弹起高度H4

25、118.4518.0517.3316.76 218.3217.7817.3716.42 317.8917.0216.6916.052.4.3研究弹力球水平方向上运动的实验接着就是研究弹力球水平方向上的运动规律，同样的还是让弹力球从高19.9cm的高处以相同初速度水平抛出，记录第一次、第二次、第三次、第四次弹跳距离X，再与乒乓球的弹跳距离作比较，分析原因。次数距离/cm第一次弹跳距离X1第二次弹跳距离X2第三次弹跳距离X3第四次弹跳距离X4 135.8442.3334.4340.24236.1241.7635.4639.86 336.9643.2534.8541.232.5实验结果分析根据实验观

26、察和结果分析能够得到如下两张的轨迹图： 图一：弹力球的运动轨迹与一般的小球（比如乒乓球）的运动轨迹显著地不同2 图二：两球在一个表面上的运动轨迹2在实验允许的误差范围内，乒乓球在水平表面上每次弹跳的距离基本相等，而弹力球弹跳距离则会出现先短后长的情况，原因在于弹力球第一次与水平表面碰撞时会产生一个巨大摩擦力，摩擦力会导致弹力球的旋转，从而弹力球的平动动能转化为转动动能；而第二次碰撞时，巨大摩擦力会阻碍弹力球的转动，从而转动动能转化为平动动能，平动动能的大小会影响弹力球的弹跳距离。2.6实验误差分析做物理实验时要对一些重要物理量进行测量。各被测物理量在实验当时条件下均有不以人的意志为转移的真实大

27、小，我们称之为此值为被测物理量的真值。测量的理想结果就是真值，但是它是不能确知的，因为，首先测量仪器只能准确到一定程度；其次有环境条件影响，并且观测者操作和读数不能十分准确，理论也有近似性，所以测量值和真值总可能不一致。定义测量值减去真值的差为测量值的误差，即 测量值（x）-真值（a）=误差（）由于真值是不能确知的，所以测量值的误差也不能确切知道，在这样的情况下，测量的任务主要是：给出被测量物理量真值的最佳估值以及给出真值最佳估值的可靠程度的估计3。对于实验误差主要有系统误差和随机误差。系统误差的主要产生原因是实验仪器、实验方法上的局限性，避不可免，但是我们可以设法去削减系统误差；在同种情况下

28、，对同一物理量进行重复的测量，各个测量值一般不完全相同，这就是测量时存在随机误差的缘故，一般我们可以采用多次测量求平均值的方法来减小随机误差给实验带来的影响。本次几个实验的误差主要来自于空气阻力，而读数方面也存在一定误差。3 趣味实验的作用与存在的问题任何事物都存在两面性，有优秀的一面也有不足的一面，下面我们来谈谈物理趣味实验的作用以及一些存在的问题。3.1趣味实验对于新课程的意义物理趣味实验在使学生掌握物理知识的同时激发学生学习物理的兴趣，加深对于物理知识和物理规律的理解。学生是学习的主体，教师只是起到主导作用，充分发挥学生的主体地位，对提高物理教学质量，培养创新人才，具有重大的意义。科学开发和建立物理趣味实验教学，是社会发展对人才需求的必然，是教学改革和深化的要求，也是构建和谐社会，推动社会进步的重要体现，是贯彻落实素质教育的重要举措。3.2趣味实验在现实教学中存在的问题及解决方法另一方面趣味实验在现实教学中也存在着一些问题，由于实验必须具有一定趣味性，编写难度较大，有些实验的实验效果不太明显。学校和教师受传统观念的影响，普遍认为理论重于实验，这种思想导致了学生动手操作能力差，学生并没有真正自己动手去做实验，去感受实验带来的乐趣。物理实验教学的教学方式也存在着不足，往往是教师先