气垫导轨在加速度概念教学难点突破中的应用

物理概念抽象难理解已是所有高中生的同感，用实验突破物理概念教学难点对提高物理概念教学效益具有十分重要的作用．加速度是迈入高中的学生接触到的第一个难理解的物理概念，现用气垫导轨突破加速度概念的教学难点，以期抛砖引玉．

实验器材：气垫导轨、气源、带遮光板的滑块(遮光板宽度3cm)、光电门、光电计时器．

实验装置如图1所示．

1　为什么用速度对时间的变化率定义加速度而不用速度对位移的变化率定义加速度?

将气垫导轨连接气源的一端用木块垫起使导轨呈倾斜状态，把光电门与光电计时器连接，将气源与导轨进气端紧密连接，把滑块放在导轨最高处，先接通光电计时器开关，然后打开气源，滑块便从气垫导轨的顶端滑到底端，将高端的光电门固定在导轨标尺20cm处，然后将低处的光电门分别固定在40cm处、60cm处、80cm处，测出滑块分别通过两个光电门的时间t和由一个光电门到另一个光电门的时间t，测量和计算结果如表1．

由实验测量数据和计算结果可见，速度对时间的变化率在误差允许范围内是个定值，而速度对位移的变化率是个变量，显然，前者简单后者复杂．所以，在物理学中用速度对时间的变化率定义加速度而不用速度对位移的变化率定义加速度，以此来描述速度变化的快慢．

2　为什么加速度大速度变化量可以小而加速度小速度变化量可以大?

将气垫导轨连接气源的一端用木块垫起使导轨呈一定的倾角，在导轨的下部分用塑料透明胶带把导轨表面上的出气孔全部封住，打开气源滑块先在导轨上没有封住气孔的上部分下滑，然后在导轨上气孔全部封住的有胶带的下部分下滑，测出滑块分别在导轨的上部和下部通过两个光电门的时间t和由一个光电门到另一个光电门的时间t，测量和计算结果如表2．

由实验测量数据和计算结果可见，加速度大速度变化量小，而加速度小速度变化量大，即加速度大时速度变化量可以小而加速度小时速度变化量可以大．

3　为什么加速度相同速度变化量可以不同而加速度不同速度变化量可以相同?

由上述实验测量和计算数据可以看出，表1中的加速度相同速度变化量不同，表2中的加速度不同速度变化量相同，即加速度相同时速度变化量可以不同而加速度不同时速度变化量可以相同．同时可以看出，速度的变化量不但与加速度的大小有关，而且还与物体的运动时间有关．

4　为什么加速度减小速度可以增大而加速度增大速度可以减小?

将气垫导轨连接气源的一端用木块垫起使导轨呈一定的倾角，在导轨的中段用塑料透明胶带把导轨表面上的出气孔间隔封住一部分，在导轨的下段用塑料透明胶带把导轨上出气孔全部封住，先使滑块在导轨最上段有气孔的部分加速下滑，然后在导轨的中段封住部分气孔部分和下段全部封住气孔部分减速下滑，分别测出滑块在中段封住部分气孔和下段封住全部气孔的两部分上通过两个光电门的时间￡和由一个光电门到另一个光电门的时间t，测量和计算结果如表3．

由上述表2可以看出，加速度减小速度增大；由此表3可以看出，加速度增大速度减小，即加速度减小时速度可以增大而加速度增大时速度可以减小．

综上可见，用气垫导轨测定滑块运动的速度、速度变化量和加速度，既提高了学生对加速度与速度和速度变化量关系的感性认识，又增强了学生对三者关系的深刻理解，从而破解加速度概念的教学难点．显然，用实验的手段突破物理概念教学难点，对物理概念教学具有重要的实际意义．