實驗的物理原理不變。我只是調整了滑桿的運動方式，以便為學生提供易於分析的運動曲線，並產生一致、清晰的速度-時間圖。

挑戰：取得乾淨、可重複的數據

在標準的實驗裝置中，學生會沿著桌面滑動木塊，使其靠近線性運動感應器。我以前做過幾次這個實驗，雖然原理上可行，但很難保證木塊的運動穩定。

積木會發生扭轉。它們滑動得太近或太遠。這種不一致性通常會在數據中表現為噪聲，使學生難以專注於加速度及其所反映的摩擦力資訊。

我想要一個更可重複的運動曲線，這樣我們就可以專注於分析一條清晰的速度曲線，以便更好地展現加速度。兩個小小的改動對我來說意義重大。

1. 將線性運動感應器上下翻轉

在這個實驗中，一個簡單有效的方法是將運動偵測器倒置。倒置後，偵測器能更好地與木塊的平面對齊，使木塊始終保持在目標視窗內，無需使用紙板或更大的目標物。

快速設定說明：本次實驗中，我們將Vernier Graphical Analysis^®軟體中的通道從「運動」切換到「運動（小車）」 。使用推車模式並翻轉感應器，可以獲得最清晰、最一致的數據。

這兩個小小的調整幾乎立即降低了學生鬆開積木時的變異性。

2. 使用改良型阿特伍德機

我沒有讓滑塊向線性運動感應器滑動，而是將裝置反過來，讓積木從靠近感應器的位置開始，然後遠離感應器。

我使用一台改良的阿特伍德機：一個固定在桌面上的滑輪，一個懸掛的小砝碼，以及一條連接砝碼和滑塊的繩子。 （倒置的）運動感測器位於零刻度處，正對著滑塊。

學生拉緊繩子，將木塊放在大約 40 公分的刻度線處，並確認圖表儀表上顯示的距離正確。

然後他們將物體拉回大約20公分處——剛好到感應器能偵測到的極限——然後放手。懸掛的物體會短暫拉動木塊，然後撞擊地面。一旦撞擊地面，拉力消失，木塊僅靠摩擦力滑行停止。

這樣就得到了一個非常清晰的速度曲線，清楚地顯示了速度先加速後減速的過程，而這正是我希望學生們分析的內容。

我們很早就發現一個實用技巧：在懸掛的重物下方墊些柔軟的東西很有幫助。如果它重重地摔在地上，運動探測器有時會將其識別為數據中的峰值。

更乾淨的數據如何改變實驗室並提升參與度

一旦學生繪製出清晰的速度-時間影像，分析就變得更加集中。他們從影像的減速段選取兩個點，並根據斜率計算加速度。由此，他們就能確定動摩擦係數。

我可以讓他們直接使用軟體計算出的加速度，但我特意讓學生自己計算。這個步驟能加深他們對速度-時間圖斜率實際意義的理解，也能讓他們對結果更有掌控感。

正是在這裡，我真正看到了課堂教學的成效。由於運動軌蹟的一致性，大多數小組很快就獲得了可用數據，我們大大減少了重複實驗的時間。學生在整個實驗過程中都保持著高度的專注。每當他們進行動手操作時，他們都會更加投入，而且實驗中也包含一定的技巧，需要他們集中註意力，但同時又不會過於復雜，很容易掌握。

我們也會討論摩擦力為什麼重要。當學生問我們為什麼要關注摩擦係數時，我通常會告訴他們：“你覺得摩擦力不好，直到你在冰面上開車！摩擦力的另一個詞是牽引力。如果你覺得它不重要，那就試試沒有摩擦力的駕駛方式。”

課堂要點速覽

• 將線性運動感應器上下翻轉，使方塊保持在目標視窗的中心位置。
• 將通道切換到運動（小車）以獲得更清晰的速度數據。
• 在懸掛物體的著陸點加墊材料，以減少速度圖中的雜訊。
• 在桌子上標記出一致的起始位置，以提高重複性。
• 讓學生手動計算加速度，以加深他們對斜率的理解。
• 讓學生自己負責設定－科技本身也是學習的一部分。

傑弗裡·奧弗貝在德克薩斯州新布朗費爾斯的長溪高中教授物理和天文學，同時也是Vernier Trendsetters社區的成員。傑夫擁有十餘年的K-12科學教育經驗，他熱衷於透過動手實作來激發學生探索物理學的興趣。