具体比较匀变速直线运动的例子

上海版《物理》第一章“匀变速直线运动”第五～七节一共设置了3个实验相关活动。首先采用了一个DIS实验，教学生使用位移传感器和数据采集器收集运动小车在各时间点的速度，直接用电脑软件生成运动图像，然后引导学生根据图像分析小车速度随时间变化的规律，总结出加速度的概念，并测量加速度的值。接下来的一个探索研究活动中，通过运动图像的分析推导出匀变速直线运动的几个基本公式。最后通过一个学习包活动，以自由落体为例，深入研究匀变速直线运动的规律。学习包的活动旨在改变传统的学习方式，变被动为主动，让学生亲自实践科学探究过程、适当运用科学方法、灵活应用相关知识。本活动将自由落体运动分为几个子课题，在教师的指导下，学生自己找资料、设计实验、解决问题、撰写报告、互相评价，体验合作、探究等科学方法和态度。

人教版《物理》第二章“匀变速直线运动”第一节便是一节实验课“探究小车速度随时间变化的规律”。因为是学生初步接触高中物理实验，因此该教材通过这个实验集中培养了学生的一些基本实验能力。首先利用打点计时器来收集变速运动的小车产生的纸带，选择清晰的计数点进行测量、表格设计、数据收集。在接下来的教学中先后教了学生三种画v-t图像的基本手段：一是利用纸带上的数据计算不同时刻的瞬时速度，手动在绘图纸上画出v-t图像；二是将处理好的数据输入电脑，利用表格软件生成图像、添加趋势线得出v-t图像；三是截取相邻且相同时间间隔的纸带，将纸带下端对齐并排贴在一张纸上，以纸带的下端绘制时间轴，纸带左端绘制速度轴，同样可以得到v-t图像。教会学生三种分析数据得出图像的方法之后，引导学生比较得出，无论哪种方法，得到的匀变速直线运动的v-t图都是一条倾斜的直线。第二～四节由匀变速直线运动的v-t图的分析再推得四个基本运动公式。

第五节以自由落体运动为例子，进一步分析匀变速直线运动的特点。教材先后采用了5个实验，引入时使用了一个“演示实验”，让学生观察在真空玻璃管和普通玻璃管里面下落的羽毛和金属片，得出自由下落物体的运动与质量无关，当有空气阻力存在时下落运动才与物体的轻重有关。之后用一个“小实验”，让学生用打点计时器测出一个重物的下落加速度，自然引出重力加速度的概念。之后的“问题与练习”中，让学生比较纸片与橡皮的下落运动，得出纸片下落比较慢，再拿两张相同的纸片，一张揉成团，一张展开，比较他们的下落运动，得出由于空气阻力的存在，重一点的物体下落加速度较大，表面积大一点的物体下落加速度比较小。随后在“做一做”活动中，让学生参与一个小游戏，两人一组，抓住下落的直尺来测量学生的反应速度，让学生在游戏中体会学习物理知识的重要性与乐趣，同时再次加深印象。课程的结尾回顾了伟大的科学家伽利略用他的勇气与智慧挑战人类两千年的错误，通过逻辑推理、猜想与假说、实验验证推翻了亚里士多德的理论，验证了物体的下落运动与轻重无关，一方面教会学生科学探究的过程与方法，另一方面激励学生要有追求真理的大无畏精神。然而课程并未就此结束，而是趁热打铁在此设置了一个“做一做”小实验，让学生用数码相机拍摄一段物体下落的视频，教学生应用图片处理软件，将视频分解为每秒钟拍摄的多帧图片，测量物体在不同时刻的下落位置，用获得的数据来分析物体的下落运动。通过这个小实验，一方面教会学生先进的技术方法，另一方面让学生感悟科学技术的飞速发展给现代研究带来的便利，与过去科学家们在艰苦环境中仍然不懈努力形成鲜明对比，让我们更加热爱科学、乐于探究。

《物理：原理与问题》在第三章“匀变速直线运动”一共提供了11个实验活动。其教师用书在这一章开始就采用列表（Chapter Organizer）的形式告诉教师这一章每一小节可以进行的学生实验和教师演示（Lab and Demo Planning）。

作为章节的开始，该教材设计了一个导入实验（Launch Lab）“是不是所有的运动图像看起来都一样”，让学生用火花计时器（类似于打点计时器）记录小车在光滑平面上的运动。先是让小车做匀速直线运动，然后将平面一端抬高，记录下小车的加速运动，然后应用前一章节学生已经学过的d-t图像来分析小车的运动，发现有所不同，因此引出变速运动的概念。

在本章第一节“加速度”，教材安排了一个学生的迷你实验（Mini Lab）“刚体小球比赛”：第一次从斜面的不同高度同时释放两个小球，让学生观察两个小球的间距；第二次从斜面同一高度先后释放两个小球，同样让学生观察两个小球的间距；通过讨论与分析，得出速度与加速度的差别，从而引出加速度的概念。在第一节的结尾，布置了一个物理课题（Physics Project），让学生分组演示一个加速度非常小的加速运动，学生必须保证加速运动至少维持三秒钟，并且要用数据来证明加速度是不变的。

第二节“匀加速直线运动”安排了一个演示实验“平均速度与末速度”：观察一个在斜面上释放的小球与在斜面上保持匀速运动的小车的运动位移与时间，第一次让两者同时走过相同的位移，比较两者的平均速度与末速度；第二次让两者运动超过一定时间，发现开始小球比小车慢，后来加速超过了小车。本节在推导完四个运动公式并练习应用之后，又安排了一个演示实验“寻找速度与加速度的关联”：将小球从一个两边倾角相等的V形轨道一端某一位置释放，观察小球滚上轨道另一端时走过的最大距离，发现是一样的，从而验证了运动公式。

第三节“自由落体运动”作为匀加速直线运动的一个应用，在学习完自由落体运动规律之后，还安排了一个“迷你参考实验（Additional Mini Lab）”：用米尺和秒表测量下落物体的高度及下落时间，来估算重力加速度。实验起到活跃课堂气氛、提高学生学习兴趣、加深印象的作用，教师可以根据需要选择使用。(www.xing528.com)

在这一章的结尾安排了一个完整的学生实验“测量重力加速度”：利用火花计时器、米尺等测量一个下落物体的运动。实验提供了一套完整的菜单式实验报告，包括实验目标、器材、安全守则、实验步骤、数据表格、数据分析、结论与应用、深入讨论、与实际生活的联系等。教材还提供了一个替换的开放版本，让学生先思考如何利用火花计时器来设计方案，教师可以根据学生的实际情况来选择使用哪一个版本。

在本教材配套的资料包里，本章还安排了3个学生实验供教师选用。第一个是普通学生实验，测量小球滚下斜面的加速度，仅利用一些简单的实验仪器如小球、斜面、米尺、秒表，通过测量小球滚过不同距离所需时间的测量，利用对数据d与t的处理，画出d-t2图像，画出最佳拟合直线（Best-fit Line），计算直线的斜率来找小球的加速度。通过这个实验，学生了解到同一个实验可以有多种方式达到测量的目的。另外两个则是数字化实验（Probeware Lab），利用运动探头位移传感器、速度传感器来研究上抛小球的运动和受重物牵引沿平面加速的小车的运动。数字化实验可以达到精确测量的效果，但美国教材似乎并没有强调实验的精确度，因此以上两个实验均为选做。

从上面的比较分析我们不难看出，各版教材对于“匀加速直线运动”这一章节内容的实验设置各有千秋。

上海版《物理》特别重视现代实验技术的应用，认为掌握信息技术是高中生科学探究的必要手段。除了第一个实验教学生使用DIS实验学习加速度，在最后学习包的实验设计中也提到学生可以考虑使用DIS实验的位移传感器、速度传感器，甚至光电门、加速度传感器等实验器材来提高实验精度，并给出了DIS实验相应的实验方案。

人教版《物理》的实验设计则非常有层次，首先教会学生几种基本的实验方法，之后在匀变速直线运动的应用自由落体中，设计了各种形式的实验，由教师演示引入。有教师引导的实验，有学生自主探究的实验，有学生动手做一做加强直观感受的实验，也有借助数码相机视频帧格来分析的实验。虽然都是简单易行的小实验，却设计得非常合理。

《物理：原理与问题》则强调“做中学”的理念，从问题的提出、引出概念、加速度与速度的区别、公式的归纳总结，到加速度的测量，每一步都强调学生的参与和动手能力的培养，把一些抽象的关系用可视化的方法呈现，同时还强调尝试多种方案来解决同一个问题。