方均清

◆摘 要：物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，本文選擇初中物理實驗中探究動能大小與哪些因素有關(guān)作為切入點，對當(dāng)前各地使用的各種版本義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)初中物理教科書中的實驗進(jìn)行了全面的梳理、比較、統(tǒng)計、分析，期望通過對比各個版本教學(xué)實驗設(shè)計思路和呈現(xiàn)形式，挖掘其中的科學(xué)和人文教育價值，以供教師從中汲取有用材料，實現(xiàn)課程資源與成果共享。

◆關(guān)鍵詞：各個版本初中物理實驗；梳理比較；資源成果共享

一、研究目的

物理學(xué)既是一門理論科學(xué)，也是一門實驗科學(xué)。物理學(xué)家總是觀察和實驗探究的基礎(chǔ)上，對物理現(xiàn)象和實驗事實進(jìn)行分析、抽象、概括和總結(jié)，從而建立物理定律與定理，進(jìn)而形成物理理論。物理學(xué)發(fā)展過程中實驗的“判決性”，決定了只有理解了實驗才能真正理解物理學(xué)！物理教學(xué)實驗具有多方面的科學(xué)和人文教育價值。物理教學(xué)實驗?zāi)芴峁┴S富的感性材料，使抽象的物理過程具體化、形象化，有助于加深學(xué)生對物理知識的理解。

由于物理實驗在學(xué)習(xí)物理過程中的重要性，按照課程標(biāo)準(zhǔn)編寫的各種版本初中物理教科書都精心設(shè)計了許多各種類型的物理教學(xué)實驗。根據(jù)對各種版本初中物理教科書中的物理教學(xué)實驗的研究，每一版本教科書的物理教學(xué)實驗在形式和內(nèi)容上都是獨具匠心的，各種版本的教科書在物理教學(xué)實驗設(shè)計的思路和取向等方面各具特色，都是極具價值的、可以共享的物理課程資源。

二、實驗概述

1.實驗的“原型”

1666年，在成立不久的英國皇家學(xué)會的例會上有人表演了如圖9-1所示的實驗：把兩個質(zhì)量相同的硬木球或鋼球并排掛在一起，把其中的A球向左拉開某一角度，松開后，它向右擺到平衡位置時跟另一球B相碰。兩球碰撞后，A球立刻停下，B球向右擺去，差不多擺到A球開始所處的高度，然后向回擺動，再次跟A球相撞，這時B球立即停下，A球向左擺去……如此往復(fù)。當(dāng)時許多科學(xué)家對這一現(xiàn)象感到困惑不解。

由于碰撞的研究對于力學(xué)的發(fā)展至關(guān)重要，1668年英國皇家學(xué)會懸賞征求解答，結(jié)果有三人應(yīng)征獲獎，其中對這一問題做出完整分析的是荷蘭物理學(xué)家惠更斯（Christian Huygens）。惠更斯從1652年開始對彈性碰撞進(jìn)行了深入的研究，得出結(jié)論：兩個質(zhì)量相同并以相同的速度相向運動的物體，在完全彈性碰撞之后，都保留碰撞前的速度而相互彈開，這就解釋了上述的實驗現(xiàn)象?；莞惯€從實驗和理論上研究了一般的情形，即質(zhì)量不同、速度不同的彈性碰撞。他發(fā)現(xiàn)在這種碰撞中，除了動量守恒外，“在兩個物體的碰撞中，它們的質(zhì)量和速度平方乘積的總和，在碰撞前后保持不變?！彼谝淮翁岢隽诉@個物理量，德國的萊布尼磁茲（Gotried ithelm Leibniz）把它命名為“活力”，科里奧利（Gustave Gaspard de Coriols）提出以代替，“活力”實質(zhì)上就是能量，現(xiàn)在我們稱之為動能。

2.實驗的設(shè)計思路

本實驗采用控制變量的方法，先讓同一物體從斜面的不同高度滾下，比較物體滾下斜面后推動放在水平地面上的木塊的距離，即物體保持質(zhì)量相同，改變其滾下斜面后的速度大小；再讓質(zhì)量不同的物體從相同高度滾下，比較物體滾下斜面后推動放在水平地面上的木塊的距離，即保持勿體滾下斜面后的速度大小相同，改變物體的質(zhì)量。學(xué)生通過對影響動能大小的因素進(jìn)行研究，了解動能的大小跟速度、質(zhì)量的關(guān)系，最終對動能的概念有一個深入的認(rèn)識。在實驗探究的過程中，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和推理能力，還可以對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。

三、實驗評析

新中國成立后的歷次教學(xué)大綱均沒有提出“探究動能大小與哪些因素有關(guān)”實驗要求，課程標(biāo)準(zhǔn)中要求通過實例理解動能的概念。本實驗可使學(xué)生知道動能的概念，初步了解動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化。知道影響動能大小的因素和改變物體動能的方法，并解釋生活中的一些簡單現(xiàn)象。通過實驗探究，進(jìn)一步掌握控制變量法，并讓學(xué)生經(jīng)歷探究的過程，領(lǐng)悟其中的科學(xué)方法。通過探究與生活相關(guān)的問題，激發(fā)用基礎(chǔ)知識解決實際問題的熱情，養(yǎng)成用所學(xué)知識聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際問題的習(xí)慣。

下面對各種版本教科書探究動能大小與哪些因素有關(guān)的實驗設(shè)計特點進(jìn)行介評。

1.人教版

人教版教科書把“探究影響物體動能的因素的實驗”安排在9年級。首先在學(xué)生學(xué)過的功的知識的基礎(chǔ)上，列舉子彈擊穿靶等能夠做功，直接從功和能的關(guān)系引入了能量的初步概念，使學(xué)生對運動的物體具有能量形成比較清楚的具體印象，從而引出了動能的概念。然后，通過一個探究實驗，讓學(xué)生自己設(shè)計實驗，探究動能的大小與哪些因素有關(guān)。引導(dǎo)學(xué)生展開討論，最終得出：物體的速度越大，動能也就越大；質(zhì)量越大，動能也越大.

2.滬科粵教版

滬科粵教版教科書把“探究動能大小與哪些因素有關(guān)”的實驗安排在9年級，首先設(shè)計實驗，讓小球分別從斜面上A處和B處滾下，讓學(xué)生猜測哪個小球的運動速度大？并讓同學(xué)思考哪些量相同？哪些量不同？然后在平板上放兩個紙盒，再讓同一小球分別從A處和B處滾下，讓學(xué)生猜測哪種情況下小球?qū)⒓埡型频酶h(yuǎn)？這時引導(dǎo)學(xué)生猜測動能大小與速度是否有關(guān)。接著讓不同質(zhì)量的小球先后從斜面上同一高度處滾下，先猜猜它們在平面上運動速度的大小怎樣？讓同學(xué)想想這次實驗中哪些量是相同的？哪些量是不同的？最后在平面上擺放兩個木箱，讓不同質(zhì)量的小球從斜面上同一高度處滾下，看哪種情況下小球?qū)⒓埡型频酶h(yuǎn)。用同樣的方法讓學(xué)生猜測動能大小與質(zhì)量是否有關(guān)。通過探究活動，引導(dǎo)學(xué)生得出動能的大小跟速度和質(zhì)量這兩個因素有關(guān)，質(zhì)量相同時，速度越大的物體具有的動能越大；速度相同時，質(zhì)量越大的物體具有的動能大。運用物理知識解釋生活中的問題，培養(yǎng)學(xué)生的交通安全意識，培養(yǎng)學(xué)以致用的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3.北師大版

北師大版教科書把“關(guān)于動能大小與哪些因素有關(guān)”的內(nèi)容安排在9年級。通過“觀察與思考”欄目，讓學(xué)生先觀察相關(guān)圖片，然后思考：小盒被小球撞擊后有什么現(xiàn)象？從不同高度法下，發(fā)生的現(xiàn)象會有何不同？不同質(zhì)量的小球從不同高度滾下，又會有何不同現(xiàn)象？最后引導(dǎo)學(xué)生得出：由斜面上滾下的小球撞入到小盒中，將小盒推動一段距離，小球開始時的位置越高，滾下后的速度就越大，將小盒推動的距離也就越遠(yuǎn)。不同質(zhì)量的小球由相同高度滾下后，推動小盒的距離不同，質(zhì)量大的小球把小盒推得較遠(yuǎn)。小盒被推動了一段距離，表明小球?qū)λ隽斯ΑＳ蓪嶒灴芍?，同一個物體速度越大，做功的本領(lǐng)越大。速度相同的物體，質(zhì)量大的做功本領(lǐng)大。進(jìn)而引出物體能對外做功，就說明這個物體具有能。物體由于運動具有的能叫做動能，物體速度越大、質(zhì)量越大，它具有的動能就越多。

4.蘇科版

蘇科版教科書把“探究動能大小與哪些因素有關(guān)”的實驗安排在9年級上冊。動能、重力勢能、彈性勢能的概念在蘇科版教科書8年級的教學(xué)中已經(jīng)出現(xiàn)，有關(guān)它們的一些現(xiàn)象學(xué)生并不陌生。通過給學(xué)生展示“運動著的錘子能將釘子打入木板中”等圖片，讓學(xué)生知道“一個物體如果能夠?qū)α硪粋€物體做功，這個物體就具有能量”這個能量概念的粗略定義。在探究動能的大小與哪些因素有關(guān)的實驗里，運用了控制變量的實驗設(shè)計思想，讓小車分別從斜面的不同高度由靜止開始下滑，改變小車撞木塊時的速度，通過比較小車使木塊移動的距離，將動能大小的比較轉(zhuǎn)化為做功多少的比較。物體的動能越大，它可以對其他物體做的功就越多。在探究動能大小與質(zhì)量關(guān)系時，通過在小車上增加砝碼的方法改變小車的質(zhì)量，這種方法比用兩個質(zhì)量不同的小車或鐵球的效果要好，可基本保證小車到達(dá)水平面時的速度相同。最終引導(dǎo)學(xué)生分析歸納得出：物體的動能大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，物體的質(zhì)量越大，速度越大，它具有的動能就越大。

5.教科版

教科版教科書把“探究動能大小與哪些因素有關(guān)”內(nèi)容安排在8年級，在處理動能相關(guān)知識的時候，沒有用探究實驗或演示實驗，而是首先展示了奔跑的獵豹等圖片，讓學(xué)生真切地感受到運動的物體具有動能。通過現(xiàn)象說明運動的物體具有對其他物體做功的能力，即運動的物體都具有能量，進(jìn)而引出動能的概念。接著聯(lián)系現(xiàn)實生活，簡述汽車速度越快、出事故時破壞性就教科版越嚴(yán)重，說明物體動能的大小同它的運動速度有關(guān)。質(zhì)量相同的物體，速度越大動能越大。輛汽車以同一速度運動，重載比空載時出事故會更嚴(yán)重，說明物體的動能還同物體的質(zhì)量有關(guān)速度相同的物體，質(zhì)量越大動能越大。

總之，結(jié)合生活實例，得出影響物體動能大小因素的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)

[1]楊仲耆，申先甲.物理學(xué)思想史[M].長沙：湖南教育出版社，1993.

[2]束炳如等.物理學(xué)家傳[M].長沙：湖南教育出版社，1985.

[3]申先甲.物理學(xué)史教程[M].長沙：湖南教育出版社，1987.

[4]母小勇.物理學(xué)教育新論[M].南京：江蘇教育出版社，2001.

[5]安忠，劉炳升.中學(xué)物理實驗教學(xué)研究[M].北京：高等教育出版社，1986.

[6]潘永祥，王錦光.物理學(xué)簡史[M].武漢：湖北教育出版社，1990.