【一等奖】追求速度，超越自我　　

——探究速度与斜面倾斜角度的关系　　

渝中区重庆市杏林中学校  凃渝　　

指导教师  谭娟娟

如今，在这个快节奏的时代，人们都在追求高速度、高效率的生活。那么这里的“速度”是什么意思呢？　　

众所周知，生活中到处都有速度：开车的时候需要速度，走路也有速度，做任何一件事都要讲究速度，就连声和光的传播也需要速度。由此可见，速度与我们的生活息息相关、密不可分。　　

在乘车的时候，细心的你会发现：在公路的两旁有许多带数字的路牌，其中有些也是速度的标识。在经过许多坎坷之后，有经验的人总会说这样的一句话:“下坡容易，上坡难”。这是为什么呢？　　

终于，我按捺不住了，开始对生活中常见的速度产生了强烈的好奇心：当物体在不同的路段上行驶时，它的行驶速度会有什么变化吗？会是怎样变化的呢？会跟坡度的大小有关吗？为什么下坡的时候容易？难道这也跟速度有关？为什么汽车下坡时，总会感觉行驶得越来越快？我想物体在下坡时，在做加速运动，可又如何去证实呢？　　

为了解决脑海中这一系列的疑惑，我决定动手实验，一探究竟。　　

我认为应该测量一个物体在下坡时，上半程和下半程的平均速度，并将其进行对比，这样就可以判断物体在下坡时是否做加速运动，从而解答“下坡容易”这一俗语了。因此，我设计并进行了如下实验。　　

一、测量上半程的平均速度　　

首先，我选择了一个斜面，模拟下坡路段。然而在选择斜面的时候，发生了点小插曲。刚开始的时候，我准备使用现有的倾斜表面（如图所示），　　

但问题也随之而来：由于这块斜面的坡度太陡，并且斜面长度太短，以致于小车滑落太快，时间太短，还没等我反应过来，小车已经停下来了，不便于时间的测量，误差较大。经过观察和思考，我决定将斜面倒置过来，使坡度相对平缓且有足够长度，便于我测量小车下滑的时间。我选用一驾玩具小车作为下滑的物体；用刻度尺测量小车下滑的路程；用机械停表测量小车下滑的时间。　　

一切准备就绪，我便开始了实验测量。我先用刻度尺测量斜面（去掉车身长）的总长度记为S，除以2便得到上半程的路程记为S₁，并在斜面上做上标记。然后将小车置于斜面顶端后放手，使小车自由滑下，用机械停表测量小车滑至中点所用的上半程时间记为t₁。　　

但在测量途中我发现：小车滑得很快，当它走完上半程的路程时，我还没反应过来，要延迟几秒后我才按下停止键。因此我认为应该有个东西来提醒我按键，以便我更准确的测量出小车下滑的时间。谁能做到呢？能在小车走完上半程时挡住它就好了，那是什么呢?　　

突然，清脆的下课铃声提醒了我，眼前突然一亮。没错，就是它—— 一块挡板。当小车滑下撞击挡板时，会发出清脆的声响，以提醒我按下停止的“快门”，测量出更为准确的时间。于是，我找来一块木块作为挡板，固定在中点的位置。实验继续进行。　　

成功了！听到撞击声的我及时地记录下小车上半程的下滑时间。为了使实验数据更加准确，我连续测量了7次小车下滑的时间。其中，0.8s和1s两个数据误差相对较大，可能是由于我计时不熟练、有延迟造成的，因此我将它们排除掉，求出其余5个数据的平均值，得到小车上半程下滑的时间　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。随后根据公式v=s/t，计算出了小车上半程的平均速度v₁（如下表所示）。　　

二、测量下半程平均速度　　

这时，我和同学发生了分歧：我认为先测量出小车下滑全程的路程和时间，再用其减去上半程的路程和时间，便得到下半程的路程和时间。但同学却并不这样认为。他觉得可以直接将小车从中点放手滑下，测量小车在此运动的时间即是下半程的时间。并质疑我：为什么要这样做，你有什么理由吗？　　

这一连串的疑问把我问懵了。说实话，我原本只是凭感觉这样做，根本没想过其中的缘由。但真理哪是凭感觉就能解决问题的呢?一定要有足够的理由来支撑啊。因此，我埋头苦想：为什么不能直接从下半程测量时间呢？这样做会有什么问题呢？到底谁的做法正确呢？终于，我找到了答案：当小车从上半程进入下半程时，在中点处是有速度的，而直接从下半程开始放手测量时，小车在中点的速度为0，会比原来的时间更慢。而当我用全程的下滑时间减去上半程的时间，得到的才是小车下半程下滑的正确时间。　　

得到大家的一致认可后，我又信心百倍地开始了小车下滑全程时间和路程的测量。我将挡板固定在斜面的末端，让小车沿斜面顶端自由滑下，用机械停表测量小车滑至末端时所用的全程的时间。

连续测量了几次，时间都是1s。由此得出小车下滑全程的时间　 　　　=1s。随后根据公式　 　　　，计算出小车下半程下滑的时间　 　　　。最后根据公式v=s/t，计算出小车下半程的平均速度v₂（如下表所示）。　　

通过比较小车在斜面上下滑时，上半程和下半程的速度，我发现：下半程比上半程的速度要快。由此说明小车在下坡时，的确在做加速运动。这也就不难解释“下坡容易”的道理了。　　

三、斜面下滑速度与坡度的关系　　

突然，又一个想法涌上心头：这只是下坡，如果我将下坡路段逐渐变为平路，小车行驶在平路上，还会那么“容易”吗？由于第一次的实验坡度较大，而且速度较快，我决定将斜面的倾斜角度减小，让它逐渐接近平路的状态。上半程和下半程的速度会发生怎样的改变呢？小车下滑速度跟斜面的倾角有什么关系呢？　　

为了研究小车沿斜面下滑速度跟斜面倾斜角度的关系，我先用量角器测量出第一次斜面的倾斜角度：8°。随后，我再拿出一块木板，将斜面底部垫高，以减小斜面倾斜角度，测量第二次倾角：4°。　　

紧接着，按照之前同样的步骤，分别测量出小车沿斜面下滑时，上半程和下半程的平均速度，如下表所示。　　

由此可见，虽然斜面倾角减小，小车依然做加速运动，但是小车下滑的速度明显变慢，而且上下半程的平均速度之差也减小了。　　

为了得到更为准确的实验结论，我将斜面倾角减小到2°，再次依照上述实验步骤进行实验，得出如下表所示的实验数据。　　

随着斜面倾角的逐渐变缓，小车下滑的速度也越来越慢，下半程虽然比上半程快，但此时的速度差已经不是很明显了。　　

综合上述三个实验现象表明：物体在下坡过程中，做加速运动。坡度越大，速度越快；坡度越小，速度越慢。坡度越小，路段越接近平路时，下半程与上半程的速度差也就越小。由此可以推断：在水平路面上，如果小车水平方向不受力，它将会做匀速直线运动。　　

通过这次实验探究，我明白：物理不只是表面上那点儿皮毛，而是有着更深层次的一个“有理”，不能因为凭感觉而得出结论。这正如那些著名的科学家，常常就是历经几年、甚至几十年的周密计算、反复实验，再加上自己严密的逻辑推理才得出正确结论的。敢想是好事，但不要忘记用实验来检验你的猜想。这也就是俗话说的“实践是检验真理的唯一标准”。　　

生活中到处都有物理现象，而我们缺少的正是那一双慧智的双眼。如果我们留心观察周边的事物，便会发现其实物理与我们的生活息息相关。就让我们一起来探索生活中的物理，解答生活中的疑惑，提高速度，超越自我，发展未来，开拓出属于我们的新纪元。　　

教师点评：从生活出发，探究看似简单的道理。问题不断萌生，思维不断激活。质疑、思辨、求真、探索，一步步超越自我。