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基金项目：广西教育厅科技项目（NO.201012MS078）资助
作者简介：周萍（1977——），女，江西贵溪人，广西民族大学物理与电子工程学院副教授， 博士，研究方向:物理教学与理论物理
（广西民族大学物理与电子工程学院 广西南宁 530006）
摘 要：通过在大学物理实验教学中采用科研模拟研究性教学，由学生提出了一种新的测量刚体转动惯量的方法，对原有测量方法进行了改进，取得了较好的教学效果。
关键词：研究性教学 转动惯量 教学方法
中图分类号: G420 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)10(b)-0000-00
1 引言
物理是一门以实验为基础的科学，其中普通物理实验是理工科学生进行实验教育的基础课程，因此普通物理实验教学引起了国内外研究者的广泛关注[1]。随着物理学科的不断发展，物理学实验技术的进步，对普通物理实验教学的要求也不断提高。近年来，对普通物理实验教学改革的研究引起了研究者越来越多的关注，取得了巨大的进展，一方面对普通物理教学目标的进一步探讨，提出了大学物理实验教学的新体系[2]，另一方面对大学物理教学方法也进行了深入的讨论[3]
以学生为教学主体，在教学过程中开展研究性学习对提高学生的科研能力以及普通物理实验教学培养目标的实现具有重要的影响。然而，在物理教学，特别是普通物理实验教学中如何进行研究性学习，提高学生科研能力的研究现在还不多。本文研究在普通物理实验教学中，学生通过对原有的实验方案分析比较研究和讨论，自主设计新的实验方案，改进原有的实验方案，获得更准确的实验结果，并通过该学习实验过程提高科学研究素质，掌握科学研究的方法，进一步为今后的研究奠定相应的基础[3]。
2 物理实验中的研究性学习
普通物理实验中“转动惯量的测定”误差往往较大，主要原因是首先无法消除或确定由于转轴摩擦而引起的摩擦力矩以及采用停表和卷尺测量物体下落的高度和时间对实验带来较大误差。通常采用减少误差的方法有两种类型，即减少转轴摩擦引起的摩擦力矩对实验结果的影响[4,5,6]和通过改进时间测量准确度[7]。在普通物理实验教学中，通过研究性学习，引导学生设计出一种新的方法，该方法通过减少摩擦力矩对实验结果的影响和改进试验中时间测量精确度减少实验误差，取得良好的教学效果。
2.1 实验装置改进
气垫导轨和刚体转动仪二者结合，减少测量误差，对刚体转动惯量进行测量。由刚体定轴转动定律刚体和转动架的转动惯量J与滑行器左侧与刚体转动惯量仪相连的绳子所受弹力T有
其中
a为重物下落时的加速度，β为刚体角加速度，R为刚体转动仪转轴半径。
由牛顿第二定律，物体对滑行器右侧绳的拉力
T与滑行器运动加速度a成正比。
其中分别为重物和滑行器质量,即刚体和转动架的转动惯量。
2.2 测量原理及方法
(1) 连接光电门和测速仪的信号线，插导气管；调平气垫导轨平衡。
测量刚体转动仪转轴的直径D和滑行器的质量M。按实验步骤调节刚体转动仪及绕线定滑轮的高度，连接细线。
平衡摩擦力矩并测定刚体转动仪转架的转动惯量J。将电脑计时器调至“速度”功能，“转换”调到“cm／s ’档。加质量为的砝码释放，调节砝码盘下落高度，由电脑计时器记录砝码m的加速度a，测出刚体转动仪转架的转动惯量
测量待测刚体转动惯量J。将待测刚体放在刚体转动仪的转架上。加质量为的砝码，记录砝码下落加速度a，重复实验，测出待测物体和转架的总转动惯量
则待测物体的转动惯量为。
取不同的刚体转动仪半径，重复步骤3,4,5测量出一组对应于不同转动半径的转动惯量值体转动惯量J。
2.3 实验讨论
实验用气垫导轨与刚体转动仪相结合，实验测量前通过平衡摩擦，减少摩擦结果的影响，采用电脑计时器计时减少人为误差，进一步提高了实验的精确度，实验结果更接近理论计算数值，验证了平行轴定理，实验误差如表1所示，其中
由于实验仪器等系统不可避免存在误差，实验值与理论值存在一定的差别。通过进行多次测量可以减少不必要的误差，从而使实际值与理论值更接近，更真值可靠。尽量让误差达到最低限度。
3 结语
本文探讨普通物理实验教学中的研究性学习，以刚体转动惯量实验为例，设计了一种新的测量刚体转动惯量的方法，改进了原有的实验方法，和原有的试验方法相比，该实验方案减少了实验中摩擦以及人为因素对实验结果所产生的影响，获得了较好的结果。在理解掌握原有实验原理基础上，通过由学生自己设计改进原有实验，取得更好的实验结果，调动学生学习主动性，相信经过一段时间的训练可以锻炼学生的创新能力以及科研能力。
参考文献
[1] 杨述武.普通物理实验(力、热部分)第三版[M]北京：高等教育出版社, 2007.
[2] 普通物理课程教学目标研究课题组. 普通物理课程教学目标研究[J].清华大学教育研究, 1993, 1: 31.
[3] 何琴玉,任占梅.普通物理实验教学改革的探讨[J].中山大学学报,2002, 41: 154.
[4] Bruce Eaton,Richard De Ceer,and Walter Johnson.Moment of intertia appatus[J]. Am. J.Phys..1985,53(2).
[5] 陈春天.刚体转动惯量测定的设计与实验.物理实验[J].1997,6:245.
[6] 秦宏伟,王德安,段吉辉.轴承中的摩擦力矩对转动的影响[J]. 物理实验.1995,16:216.
[7] 文景,杨国慧.刚体转动惯量测定实验中计时方法的改进[J]. 物理实验.1998,19:35.
[8] 蓝祥也.用气垫导轨测量刚体转动惯量 [D]. 南宁:广西民族大学物理与电子工程学院.2009.
作者简介：周萍（1977——），女，江西贵溪人，广西民族大学物理与电子工程学院副教授， 博士，研究方向:物理教学与理论物理
（广西民族大学物理与电子工程学院 广西南宁 530006）
摘 要：通过在大学物理实验教学中采用科研模拟研究性教学，由学生提出了一种新的测量刚体转动惯量的方法，对原有测量方法进行了改进，取得了较好的教学效果。
关键词：研究性教学 转动惯量 教学方法
中图分类号: G420 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)10(b)-0000-00
1 引言
物理是一门以实验为基础的科学，其中普通物理实验是理工科学生进行实验教育的基础课程，因此普通物理实验教学引起了国内外研究者的广泛关注[1]。随着物理学科的不断发展，物理学实验技术的进步，对普通物理实验教学的要求也不断提高。近年来，对普通物理实验教学改革的研究引起了研究者越来越多的关注，取得了巨大的进展，一方面对普通物理教学目标的进一步探讨，提出了大学物理实验教学的新体系[2]，另一方面对大学物理教学方法也进行了深入的讨论[3]
以学生为教学主体，在教学过程中开展研究性学习对提高学生的科研能力以及普通物理实验教学培养目标的实现具有重要的影响。然而，在物理教学，特别是普通物理实验教学中如何进行研究性学习，提高学生科研能力的研究现在还不多。本文研究在普通物理实验教学中，学生通过对原有的实验方案分析比较研究和讨论，自主设计新的实验方案，改进原有的实验方案，获得更准确的实验结果，并通过该学习实验过程提高科学研究素质，掌握科学研究的方法，进一步为今后的研究奠定相应的基础[3]。
2 物理实验中的研究性学习
普通物理实验中“转动惯量的测定”误差往往较大，主要原因是首先无法消除或确定由于转轴摩擦而引起的摩擦力矩以及采用停表和卷尺测量物体下落的高度和时间对实验带来较大误差。通常采用减少误差的方法有两种类型，即减少转轴摩擦引起的摩擦力矩对实验结果的影响[4,5,6]和通过改进时间测量准确度[7]。在普通物理实验教学中，通过研究性学习，引导学生设计出一种新的方法，该方法通过减少摩擦力矩对实验结果的影响和改进试验中时间测量精确度减少实验误差，取得良好的教学效果。
2.1 实验装置改进
气垫导轨和刚体转动仪二者结合，减少测量误差，对刚体转动惯量进行测量。由刚体定轴转动定律刚体和转动架的转动惯量J与滑行器左侧与刚体转动惯量仪相连的绳子所受弹力T有
其中
a为重物下落时的加速度，β为刚体角加速度，R为刚体转动仪转轴半径。
由牛顿第二定律，物体对滑行器右侧绳的拉力
T与滑行器运动加速度a成正比。
其中分别为重物和滑行器质量,即刚体和转动架的转动惯量。
2.2 测量原理及方法
(1) 连接光电门和测速仪的信号线，插导气管；调平气垫导轨平衡。
测量刚体转动仪转轴的直径D和滑行器的质量M。按实验步骤调节刚体转动仪及绕线定滑轮的高度，连接细线。
平衡摩擦力矩并测定刚体转动仪转架的转动惯量J。将电脑计时器调至“速度”功能，“转换”调到“cm／s ’档。加质量为的砝码释放，调节砝码盘下落高度，由电脑计时器记录砝码m的加速度a，测出刚体转动仪转架的转动惯量
测量待测刚体转动惯量J。将待测刚体放在刚体转动仪的转架上。加质量为的砝码，记录砝码下落加速度a，重复实验，测出待测物体和转架的总转动惯量
则待测物体的转动惯量为。
取不同的刚体转动仪半径，重复步骤3,4,5测量出一组对应于不同转动半径的转动惯量值体转动惯量J。
2.3 实验讨论
实验用气垫导轨与刚体转动仪相结合，实验测量前通过平衡摩擦，减少摩擦结果的影响，采用电脑计时器计时减少人为误差，进一步提高了实验的精确度，实验结果更接近理论计算数值，验证了平行轴定理，实验误差如表1所示，其中
由于实验仪器等系统不可避免存在误差，实验值与理论值存在一定的差别。通过进行多次测量可以减少不必要的误差，从而使实际值与理论值更接近，更真值可靠。尽量让误差达到最低限度。
3 结语
本文探讨普通物理实验教学中的研究性学习，以刚体转动惯量实验为例，设计了一种新的测量刚体转动惯量的方法，改进了原有的实验方法，和原有的试验方法相比，该实验方案减少了实验中摩擦以及人为因素对实验结果所产生的影响，获得了较好的结果。在理解掌握原有实验原理基础上，通过由学生自己设计改进原有实验，取得更好的实验结果，调动学生学习主动性，相信经过一段时间的训练可以锻炼学生的创新能力以及科研能力。
参考文献
[1] 杨述武.普通物理实验(力、热部分)第三版[M]北京：高等教育出版社, 2007.
[2] 普通物理课程教学目标研究课题组. 普通物理课程教学目标研究[J].清华大学教育研究, 1993, 1: 31.
[3] 何琴玉,任占梅.普通物理实验教学改革的探讨[J].中山大学学报,2002, 41: 154.
[4] Bruce Eaton,Richard De Ceer,and Walter Johnson.Moment of intertia appatus[J]. Am. J.Phys..1985,53(2).
[5] 陈春天.刚体转动惯量测定的设计与实验.物理实验[J].1997,6:245.
[6] 秦宏伟,王德安,段吉辉.轴承中的摩擦力矩对转动的影响[J]. 物理实验.1995,16:216.
[7] 文景,杨国慧.刚体转动惯量测定实验中计时方法的改进[J]. 物理实验.1998,19:35.
[8] 蓝祥也.用气垫导轨测量刚体转动惯量 [D]. 南宁:广西民族大学物理与电子工程学院.2009.