马永毅论文《探究性教学案例分析------实验探究碰撞中的不变量》

图10134212探究性教学案例分析------实验:探究碰撞中的不变量55号马永毅河北辛集中学一．动量守恒定律新旧教材对比分析课标教材大纲教材标题区别实验:探究碰撞中的不变量动量守恒定律章节位置选修3-5第十六章第一节第八章第三节,第一节动量,第二节动量定理提出问题暗示在碰撞过程中存在不变量标题直接说明动量守恒探究空间依托碰撞，探究谁是不变量是谁,在哪个过程中动量守恒,以及动量在什么情况下守恒从新旧教材的对比上来看，新教材更适合用探究式教学。二．实验设计-----双线摆探究碰撞问题⑴．优点:①.测两球碰撞前后的速率可转化为测球的高度；②.实验器材普遍,实验操作简单,完成实验用时很少,适合学生分组探究；③.两钢球碰撞可认为是弹性碰撞,通过球上粘双面胶条可产生完全非弹性碰撞,通过改变两球的材料还可调整两球质量，因此可产生多种碰撞情况。⑵.缺点:①.碰后球第一次上升的最大高度不易测量②.摆球的碰撞是多次的,而我们只关注第一次碰撞的瞬间③.碰撞的瞬间两球组成的系统所受合外力不是零④.没有刻度,球上升的最大高度无法定量研究⑶.实验仪器的改进流程:牛顿碰撞球现成器材；只留两个紧挨的球；安装自制刻度盘；两球上端均固定指针；指针上安装红色的套。三．课例分析⑴．动量守恒定律的发现过程：千百年来对天体运动观测，没有发现宇宙运动有减少的迹象。在16、17世纪的哲学家认为，宇宙间运动的总量是守恒的。法国物理学家笛卡儿提出质量和速率乘积的总量永远保持不变。荷兰物理学家惠更斯在研究碰撞问题时发现：按笛卡儿的定义，两个物体运动的总量在碰撞前后不一定守恒。新教材标题为《实验:探究碰撞中的不变量》，为何会想到碰撞中存在着不变量呢？原来是哲学家的一种哲学思想。在这一段短短的物理学史中却包括了科学探究的三个要素，猜想，设计实验，分析论证。不妨就从这段物理学史开始今天的探究。⑵.沿惠更斯的理论验证笛卡儿的猜想1．创设情境：“光滑桌面上1,2两球质量分别为m1,m2碰前速率分别为v1,v2碰后速率分别为v1',v2'”请同学们思考：按笛卡儿的猜想两球质量与速率乘积的总量碰撞前后是守恒的，请同学们用所给字母列出表达式?m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'笛卡儿认为该式成立，惠更斯认为该式不一定成立。2．学生分组实验检验笛卡儿的猜想实验装置：两球质量相等，小球顶部红色指针指示高度，相邻刻线间距相等。(如图1)图52101234图221VV,001012342图4图3101234221VV'00图6注意事项：前后调整两球使其能发生正碰，实验前要平视两小球,观察指针指零刻线。实验步骤:将2球拉起,使其指针指1刻线松手，观察第一次碰后1球的红色指针所指的最大高度，观察第一次碰后1球2球的运动情况。实验结果:师生共同分析两球碰前速率与碰后速率(引出机械能守恒由高度判速率的思想)，经推理论证说明笛卡儿的猜想是正确的（如图2）。3．学生设计实验再次检验笛卡儿的猜想实验器材:双线摆碰球装置一套,双面胶条两块。实验目的:继续检验笛卡儿的猜想是否合理。设计碰撞图:利用所给的实验器材设计一种简单的碰撞并画出原理图?学生设计图:（如图3，图4，图5）利用图5分组实验：两球同时停在最低点。实验结论：学生关注两球在最低点碰撞前后的速率，经讨论发现笛卡儿的猜想错误。（如图6）⑶.学生对不变量的猜想1．mv,m/v,v/m,mv2,m2v,m3v………………。2．初步分析论证:①m/v,mv2不符合前两个实验，首先被排除掉。②mv质量与速度的乘积则被学生认为是可能性最大的。⑷．学生利用图3定量探究碰撞中的不变量1．学生分组做实验，并记录数据，教师收集数据用EXCEL表格处理，EXCEL表格显示不变量为mv是最合理的,其他猜想误差较大且误差是有规律可寻的（如表一，表二）。表一h1h2mv1mv2mv1+mv22mv1,误差v1/mv2/mv1/m+v2/mv1,/2m误差1组40.88.8508.857.9210%8.8508.851.9877%2组40.98.8508.858.45%8.8508.852.176%3组41.28.8508.859.7-9%8.8508.852.4272%4组418.8508.858.850%8.8508.852.2175%5组41.38.8508.8510.1-14%8.8508.852.5271%6组40.98.8508.858.45%8.8508.852.176%7组418.8508.858.850%8.8508.852.2175%8组41.18.8508.859.29-4%8.8508.852.3273%表二h1h2m2v1m2v2m2v1+m2v24m2v1,误差m3v1m3v2m3v1+m3v28m3v1,误差1组40.88.8508.8515.8-78%8.808.8531.7-257%2组40.98.8508.8516.8-89%8.808.8533.6-279%3组41.28.8508.8519.4-119%8.808.8538.8-338%4组418.8508.8517.7-100%8.808.8535.4-300%5组41.38.8508.8520.1-128%8.808.8540.4-356%6组40.98.8508.8516.8-89%8.808.8533.6-279%7组418.8508.8517.7-100%8.808.8535.4-300%8组41.18.8508.8518.5-109%8.808.8537.1-319%⑸．动量的引入牛顿:我之所以比别人看得更远,是因为站在巨人的肩膀上。牛顿总结前人的工作，将笛卡儿的定义改为质量和速度的乘积，即现在说的动量。1687年，牛顿在他的《自然哲学的数学原理》一书中指出：某方向运动的总和减去反方向的运动的总和所得的运动量，不因物体间的相互作用而发生变化。四.对课堂探究式教学的几点反思⑴．科学探究的七个要素不可能在一节课中都充分展开,只能突出其中的一到两个要素。⑵.课堂上教师指导学生分组实验需注意以下三点:①．对实验器材进行创新改造,使实验操作简单,读数易于观察。②．学生分组实验教师最好能明确实验注意事项，。③．学生分组实验每位同学的分工要明确。⑶.整节课完全让学生自主的去探究,是不现实的,教师必要的指导和示范是必不可少的。