劉萬(wàn)強(qiáng) 覃祥學(xué)

(1. 湖北省松滋市第一中學(xué),湖北 荊州 434200;2. 湖北省松滋市第二中學(xué),湖北 荊州 434215)

激疑 探究 驗(yàn)證 應(yīng)用
——關(guān)于“動(dòng)量和動(dòng)量定理”的教學(xué)設(shè)計(jì)

劉萬(wàn)強(qiáng)1覃祥學(xué)2

(1. 湖北省松滋市第一中學(xué),湖北 荊州 434200;2. 湖北省松滋市第二中學(xué),湖北 荊州 434215)

動(dòng)量定理反映了外力對(duì)物體的沖量與動(dòng)量變化之間的關(guān)系，筆者采用“情景激疑、理論探究、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、拓展應(yīng)用”四步開(kāi)展教學(xué),使理論探究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩種研究方式都得到體現(xiàn),整個(gè)教學(xué)過(guò)程體現(xiàn)了情景與問(wèn)題、理論與實(shí)際的有機(jī)結(jié)合,教學(xué)效果較好.

動(dòng)量定理;理論推導(dǎo);實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證;聯(lián)系實(shí)際

動(dòng)量定理是高中物理的重要知識(shí),是解決力學(xué)問(wèn)題的三條重要途徑之一,而且與我們的生活和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著密切的聯(lián)系.傳統(tǒng)的教學(xué)往往直接從理論推導(dǎo)入手,得到數(shù)學(xué)表達(dá)式,再進(jìn)行理解層面的講解,最后聯(lián)系實(shí)際、拓展應(yīng)用,這種純講授式的教學(xué)會(huì)導(dǎo)致定理的導(dǎo)入突然、物理真實(shí)情景缺失、知識(shí)理解不深刻、拓展應(yīng)用不順暢等問(wèn)題.筆者在2016年“一師一優(yōu)課”活動(dòng)中,采用“情景激疑、理論探究、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、拓展應(yīng)用”四步開(kāi)展教學(xué),得到了學(xué)生和同行的好評(píng).

1 創(chuàng)設(shè)情景,激疑引入——蹦極繩的思考

圖1

教師展示蹦極的圖片讓學(xué)生思考:蹦極運(yùn)動(dòng)員身上綁的安全帶是有彈性的橡皮繩，還是不易伸長(zhǎng)的麻繩？帶著疑問(wèn),不要求學(xué)生立即回答,教師做了一個(gè)模擬的對(duì)比實(shí)驗(yàn)(如圖1),即用細(xì)線和橡皮筋各懸掛一個(gè)重物,把重物拿到同一高度,由靜止釋放后重物下落,觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)細(xì)線被瞬間拉斷,橡皮筋未斷.引導(dǎo)學(xué)生思考,為什么橡皮筋不斷？在兩種情況下,重物以相同的速度繃直細(xì)繩,速度最后都減為0,力的作用有何區(qū)別呢？原來(lái)橡皮筋伸長(zhǎng)延長(zhǎng)了作用時(shí)間,可見(jiàn)力與時(shí)間影響了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化.從而引導(dǎo)學(xué)生從力和時(shí)間的角度研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化,為下面的理論探究作鋪墊.

2 理論推導(dǎo),有效探究——引出兩個(gè)概念、一個(gè)定理

2.1 理論探究

引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)F、t和速度變化(v2-v1)的關(guān)系.

(1) 情景創(chuàng)設(shè):如圖2所示,假設(shè)一個(gè)物體在恒定的合外力F作用下,做勻變速直線運(yùn)動(dòng),經(jīng)時(shí)間t物體的速度由v1變?yōu)関2,試推導(dǎo)合外力F與速度變化(v2-v1)的關(guān)系式.

圖2

(2) 學(xué)生用牛頓第二定律F=ma以及勻變速直線運(yùn)動(dòng)的公式推導(dǎo)，教師巡回指導(dǎo),及時(shí)點(diǎn)撥、提示.

2.2 引出概念

教師利用表1引出動(dòng)量、沖量的概念并講解.

表1

2.3 得出動(dòng)量定理

教師提問(wèn)：動(dòng)能的變化是由于力的位移積累即力做功的結(jié)果,那么,動(dòng)量的變化又是什么原因引起的呢？引導(dǎo)學(xué)生分析表達(dá)式Ft=mv2-mv1,從而歸納得到力的時(shí)間積累效應(yīng),即物體所受合外力的沖量等于物體動(dòng)量的變化量,這個(gè)結(jié)論叫作動(dòng)量定理.

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,深化理解——用落體檢驗(yàn),解釋蹦極繩的選取

3.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證動(dòng)量定理.

3.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

讓學(xué)生先設(shè)計(jì)、討論,再展示方案,最后分組實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)方案與過(guò)程如下:如圖3所示，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺(tái)上,重錘上固定一條紙帶,讓紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,接通電源,釋放重錘,由靜止下落,在紙帶上打出一系列的點(diǎn).在紙帶上找兩個(gè)有一定間距的清晰點(diǎn)A和B,計(jì)算出A到B的時(shí)間間隔t,測(cè)量A或B作為中間時(shí)刻點(diǎn)的一段距離y1、y2.

圖3

3.3 數(shù)據(jù)記錄與分析

表2

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在誤差允許的范圍內(nèi),重力的沖量等于重物動(dòng)量的變化量,從而驗(yàn)證了動(dòng)量定理.

3.5 理解應(yīng)用

學(xué)生在完成理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)環(huán)節(jié)后,教師引導(dǎo)學(xué)生回到課堂開(kāi)始時(shí)的模擬小實(shí)驗(yàn)，為什么橡皮繩不斷？這是對(duì)動(dòng)量定理的直接應(yīng)用,首尾呼應(yīng),同時(shí)引出緩沖效應(yīng).為了聯(lián)系實(shí)際,要求學(xué)生討論交流,生活中還有哪些緩沖的例子？如體育運(yùn)動(dòng)中沙坑和海綿墊等,以深化理解力的時(shí)間積累效應(yīng)對(duì)物體動(dòng)量的影響.

4 應(yīng)用拓展,學(xué)以致用——?jiǎng)?chuàng)意作業(yè)“雞蛋撞地球”

在新課結(jié)束之前,教師布置課外作業(yè):“雞蛋撞地球”設(shè)計(jì)比賽，設(shè)計(jì)一個(gè)緩沖裝置,要求參賽者將置于緩沖裝置內(nèi)的雞蛋從四樓扔下,保證雞蛋不破碎,一周之后進(jìn)行展示,評(píng)選重量最輕、理念最先進(jìn)、落點(diǎn)最精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)，圖4展示了部分優(yōu)秀作品.

圖4

按照“情景激疑、理論探究、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、拓展應(yīng)用”四步開(kāi)展教學(xué),學(xué)生經(jīng)歷了從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到探究、驗(yàn)證、再應(yīng)用的完整過(guò)程,像科學(xué)家做研究，充分體現(xiàn)了物理的學(xué)科特點(diǎn);注重物理情景創(chuàng)設(shè)、聯(lián)系實(shí)際,學(xué)以致用,激發(fā)了學(xué)生的興趣;整體設(shè)計(jì)由淺入深、自動(dòng)生成,學(xué)生的思維流暢,教學(xué)效果較好.

黎嬌娥,劉萬(wàn)強(qiáng).恒定與變化同證,推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)相成[J].物理教學(xué)探討,2016,(5).