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高中物理纸带求加速度:公式法与图像法的比较及教学意义探讨

更新时间:2024-10-01 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

Part1 往期活动回顾MYv物理好资源网(原物理ok网)

前面我们介绍了点纸带计算加速度的8种公式方法和2种图像方法,然后利用基本误差理论讨论了各种公式方法的误差。通过这些分析可以看出,在误差理论面前,被视为正统算法的逐差分法实际上并没有明显的优势。相反,减少错误的想法一提出就被打脸了。各种文献中提到的一些新颖的公式方法甚至比逐差法更不可取。MYv物理好资源网(原物理ok网)

公式法相比,图像法在处理误差和分析数据方面有巨大的优势,但也有明显的缺点——必须使用计算机,在考试中很难应用。MYv物理好资源网(原物理ok网)

经过如此多的主题讨论,基于此,我们应该如何看待它们在高中教学中的意义呢?MYv物理好资源网(原物理ok网)

Part2 使用逐差法的有效性MYv物理好资源网(原物理ok网)

如果考虑系统误差,即考虑物体是否匀速直线运动以及纸带能否保持直线运动,两阶段法和剩余法是比差值法更好的选择逐差法。MYv物理好资源网(原物理ok网)

如果仅考虑偶然误差打点纸带求加速度公式,显然逐差法不是使用代数运算计算加速度的最佳选择,而两阶段法是最佳选择。即使必须采用分段测量,剩余法的误差也比逐差法的误差小。然而,采用逐点差法来测量每个点到一个点的距离的方法,在计算上显得走了弯路,也使得、、、的测量变得无用。MYv物理好资源网(原物理ok网)

如果考虑粗大误差,采用简单代数运算计算结果的数据处理方法无法达到消除异常数据的效果。可以采用逐步计算的方法来发现异常数据,然后结合判据或肖维涅判据来确定某个数据是否需要剔除,但这在高中教学中操作起来比较困难。MYv物理好资源网(原物理ok网)

综上所述,在点状纸带加工中引入逐差法是为了减少误差,但从结果来看,对于减少误差并没有起到很好的效果。MYv物理好资源网(原物理ok网)

Part3 使用逐差法的必要性MYv物理好资源网(原物理ok网)

逐差法并不是代数运算唯一可用的数据处理方法。除了上面提到的其他方法之外,很多文章还提出了代数运算的各种数据处理方法。与代数运算的各种数据处理方法相比,图像规则似乎更有利于高中教学。因此,不需要采用逐差法来处理点带。MYv物理好资源网(原物理ok网)

第四部分 逐差法的负面影响MYv物理好资源网(原物理ok网)

作为一种实验数据处理方法,逐差法本身并不是最大的问题,但其带来的负面影响需要引起重视。MYv物理好资源网(原物理ok网)

首先,逐差法引发的怪题在高考题中经常出现。例如,当点状纸带上出现奇数个位移时打点纸带求加速度公式,对于丢弃哪些数据存在不同意见,学生更是不知所措。不过,在实际实验中,我们不会创建奇怪的数据片段来为难自己。MYv物理好资源网(原物理ok网)

其次,逐差法的根源在于逐差法的推导过程使得原本很难的原理变得非常复杂,不利于学生掌握其本质。这也是提出两阶段方法的重要原因。MYv物理好资源网(原物理ok网)

Part5比较适合逐差法的实验案例MYv物理好资源网(原物理ok网)

逐差法是处理实验数据的重要方法。对于高中生来说,初步接触科学研究的严谨性并学习逐一求差的方法是很有价值的。在大学物理实验中,测量杨氏模量实验时会采用逐差法进行数据处理。我们完全可以在高中实验中使用逐差法来测量弹簧刚度系数。 2014年福建卷中,采用逐差法测量电源电动势和内阻的实验。这些实验的数据处理与点纸带的数据处理有一个重要的区别,即逐差法不能简化为两阶段法。因此,这些实验更适合学生学习逐差法。MYv物理好资源网(原物理ok网)

新课程标准第六部分要求MYv物理好资源网(原物理ok网)

科学探究是物理学核心能力的重要组成部分。 2017年版课程标准明确提出,通过实验探索匀变直线运动的特性留学之路,利用打点计时器、频闪摄影或其他实验工具研究匀变直线运动的规律。新版广东教育版教材明确了匀变速直线运动的特点,即相等时间内速度的变化相等、连续相等时间内位移的差值相等。这部分内容与教材后面提到的内容相呼应。MYv物理好资源网(原物理ok网)

课程标准明确要求学生了解匀变速直线运动的特性。但如果采用逐差法通过复杂的求导来计算加速度,则背离了课程标准的初衷,使学生厌倦了处理复杂的求导和数值运算。原理被忽视了。由此可见,区别对待的教学方法与学科核心能力的培养是相悖的。相反,在求加速度时,利用图像方法处理数据可以直观地让学生了解匀变速直线运动的特点,有利于学科核心能力的培养。MYv物理好资源网(原物理ok网)

Part7 结束语MYv物理好资源网(原物理ok网)

逐差法是一种重要的实验数据处理方法,可以放在高中课程中,但不宜放在点纸带数据处理中。利用点状纸带上的数据来计算加速度,逐差法与其他方法相比在误差控制方面没有优势。相反,不利于学生对原理的掌握,更不利于学科核心能力的培养。逐差法带来的奇怪问题(如奇数数据等)严重影响了教学的发展。相比之下,图像法在处理点带数据、培养学生学科核心能力方面具有更大的优势。鉴于前面的分析,MYv物理好资源网(原物理ok网)

建议:考试中不宜考查使用逐差法处理点带数据;在分析点带数据时,逐差法不应出现在课本中,而只是引导学生进行推导。MYv物理好资源网(原物理ok网)

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