激疑 探究 驗證 應用
——關于“動量和動量定理”的教學設計

劉萬強 覃祥學

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

激疑 探究 驗證 應用
——關于“動量和動量定理”的教學設計

劉萬強1覃祥學2

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

動量定理反映了外力對物體的沖量與動量變化之間的關系，筆者采用“情景激疑、理論探究、實驗驗證、拓展應用”四步開展教學,使理論探究與實驗驗證兩種研究方式都得到體現,整個教學過程體現了情景與問題、理論與實際的有機結合,教學效果較好.

動量定理;理論推導;實驗驗證;聯系實際

動量定理是高中物理的重要知識,是解決力學問題的三條重要途徑之一,而且與我們的生活和科學技術的發展有著密切的聯系.傳統的教學往往直接從理論推導入手,得到數學表達式,再進行理解層面的講解,最后聯系實際、拓展應用,這種純講授式的教學會導致定理的導入突然、物理真實情景缺失、知識理解不深刻、拓展應用不順暢等問題.筆者在2016年“一師一優課”活動中,采用“情景激疑、理論探究、實驗驗證、拓展應用”四步開展教學,得到了學生和同行的好評.

1 創設情景,激疑引入——蹦極繩的思考

圖1

教師展示蹦極的圖片讓學生思考:蹦極運動員身上綁的安全帶是有彈性的橡皮繩，還是不易伸長的麻繩？帶著疑問,不要求學生立即回答,教師做了一個模擬的對比實驗(如圖1),即用細線和橡皮筋各懸掛一個重物,把重物拿到同一高度,由靜止釋放后重物下落,觀察實驗結果，發現細線被瞬間拉斷,橡皮筋未斷.引導學生思考,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繩,速度最后都減為0,力的作用有何區別呢？原來橡皮筋伸長延長了作用時間,可見力與時間影響了物體的運動狀態變化.從而引導學生從力和時間的角度研究物體運動狀態的變化,為下面的理論探究作鋪墊.

2 理論推導,有效探究——引出兩個概念、一個定理

2.1 理論探究

引導學生推導F、t和速度變化(v2-v1)的關系.

(1) 情景創設:如圖2所示,假設一個物體在恒定的合外力F作用下,做勻變速直線運動,經時間t物體的速度由v1變為v2,試推導合外力F與速度變化(v2-v1)的關系式.

圖2

(2) 學生用牛頓第二定律F=ma以及勻變速直線運動的公式推導，教師巡回指導,及時點撥、提示.

2.2 引出概念

教師利用表1引出動量、沖量的概念并講解.

表1

2.3 得出動量定理

教師提問：動能的變化是由于力的位移積累即力做功的結果,那么,動量的變化又是什么原因引起的呢？引導學生分析表達式Ft=mv2-mv1,從而歸納得到力的時間積累效應,即物體所受合外力的沖量等于物體動量的變化量,這個結論叫作動量定理.

3 實驗驗證,深化理解——用落體檢驗,解釋蹦極繩的選取

3.1 實驗驗證

請同學們設計一個簡單的實驗來驗證動量定理.

3.2 實驗方案設計

讓學生先設計、討論,再展示方案,最后分組實驗.實驗方案與過程如下:如圖3所示，將打點計時器固定在鐵架臺上,重錘上固定一條紙帶,讓紙帶穿過打點計時器的限位孔,接通電源,釋放重錘,由靜止下落,在紙帶上打出一系列的點.在紙帶上找兩個有一定間距的清晰點A和B,計算出A到B的時間間隔t,測量A或B作為中間時刻點的一段距離y1、y2.

圖3

3.3 數據記錄與分析

表2

3.4 實驗結論

在誤差允許的范圍內,重力的沖量等于重物動量的變化量,從而驗證了動量定理.

3.5 理解應用

學生在完成理論推導和實驗驗證兩個環節后,教師引導學生回到課堂開始時的模擬小實驗，為什么橡皮繩不斷？這是對動量定理的直接應用,首尾呼應,同時引出緩沖效應.為了聯系實際,要求學生討論交流,生活中還有哪些緩沖的例子？如體育運動中沙坑和海綿墊等,以深化理解力的時間積累效應對物體動量的影響.

4 應用拓展,學以致用——創意作業“雞蛋撞地球”

在新課結束之前,教師布置課外作業:“雞蛋撞地球”設計比賽，設計一個緩沖裝置,要求參賽者將置于緩沖裝置內的雞蛋從四樓扔下,保證雞蛋不破碎,一周之后進行展示,評選重量最輕、理念最先進、落點最精準的設計，圖4展示了部分優秀作品.

圖4

按照“情景激疑、理論探究、實驗驗證、拓展應用”四步開展教學,學生經歷了從發現問題到探究、驗證、再應用的完整過程,像科學家做研究，充分體現了物理的學科特點;注重物理情景創設、聯系實際,學以致用,激發了學生的興趣;整體設計由淺入深、自動生成,學生的思維流暢,教學效果較好.

黎嬌娥,劉萬強.恒定與變化同證,推導與實驗相成[J].物理教學探討,2016,(5).