對(duì)“動(dòng)量守恒定律”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的再思考

陳俊愷

摘 要：在高中物理中，演示實(shí)驗(yàn)是教材中最重要的組成部分之一，也是物理老師課堂教學(xué)過程中必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)。我們通過對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的觀察與實(shí)際操作，不僅能加深對(duì)物理理論知識(shí)的理解與記憶，還能充分拓展自身的發(fā)散思維及創(chuàng)新能力。動(dòng)量守恒定律是貫穿高中物理學(xué)習(xí)的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，是學(xué)好高中物理的最基礎(chǔ)部分。通常在學(xué)習(xí)此定律時(shí)都要通過相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)已驗(yàn)證其客觀性。但是筆者在對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示后，結(jié)合自己所掌握的一些物理知識(shí)，并在物理老師的專業(yè)指導(dǎo)下對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入思考，并發(fā)現(xiàn)其中存在的一些問題。本文將帶著這些問題，對(duì)動(dòng)量守恒定律的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，希望能對(duì)自己及其他同學(xué)的物理學(xué)習(xí)有所助益。

關(guān)鍵詞：動(dòng)量守恒定律;演示實(shí)驗(yàn);思考;設(shè)計(jì)

在所學(xué)習(xí)的高中物理知識(shí)中，動(dòng)量守恒定律是這些知識(shí)內(nèi)容中最重要的組成部分，并且也將是貫穿整個(gè)高中物理學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。只有掌握好動(dòng)量守恒定律，才能為高中物理的學(xué)習(xí)打下夯實(shí)的理論基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)動(dòng)量守恒定律這節(jié)課程時(shí)，物理老師經(jīng)常會(huì)通過實(shí)驗(yàn)對(duì)這種規(guī)律進(jìn)行演示，通過實(shí)物的真實(shí)活動(dòng)情況以加深我們對(duì)其中規(guī)律的理解。并且這種實(shí)驗(yàn)在操作上也較為簡(jiǎn)單，便于我們?cè)谡n后進(jìn)行獨(dú)立演示。但是通過對(duì)此演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作，結(jié)合自己已掌握的物理理論知識(shí)，筆者通過自我思考并結(jié)合物理老師的專業(yè)指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)教材中的動(dòng)量守恒定律演示實(shí)驗(yàn)中存在一些問題。帶著這些問題，筆者經(jīng)過深入思考與研究，并通過與物理老師交流，在其指導(dǎo)下對(duì)教材中原有的動(dòng)量守恒定律演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

1.存在的問題

在此演示實(shí)驗(yàn)中，筆者發(fā)現(xiàn)其中存在的問題主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：首先就是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，此演示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果在準(zhǔn)確性上存在偏差，因?yàn)閲?yán)格來說實(shí)驗(yàn)中所使用的木板其平面應(yīng)該是絕對(duì)光滑的，但在實(shí)際生活中這種絕對(duì)光滑的現(xiàn)象并不存在，在這點(diǎn)上就已經(jīng)不能滿足動(dòng)力守恒的相關(guān)要求;其次演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象并不容易被觀察到，并且一些定量性的結(jié)果在獲取上也存在難度;最后就是實(shí)驗(yàn)的操作過程難以調(diào)控，因?yàn)檫B接兩個(gè)小車的細(xì)線被剪斷之前，夾在小車之間的彈簧很可能會(huì)因?yàn)殡y以承受壓縮而跳脫出演示平臺(tái)。據(jù)相關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有的物理老師在此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中將原來的軌道改成了氣墊導(dǎo)軌，并借助了先進(jìn)的儀器以輔助對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄，并且也取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。但是因這些道具都較為先進(jìn)，對(duì)一些較為落后的地區(qū)都很難達(dá)到這種教學(xué)條件，甚至一些教學(xué)力量極度匱乏的地區(qū)連基本的實(shí)驗(yàn)條件都無法滿足，也就更不用說更先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備了。因此在這些地區(qū)中，此演示實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的準(zhǔn)確度以及實(shí)驗(yàn)的精確性都難以達(dá)到預(yù)期，并會(huì)對(duì)此知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)效果產(chǎn)生影響。

2.改進(jìn)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

要在不使用先進(jìn)設(shè)備加以輔助的基礎(chǔ)上對(duì)此演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，首先就要重點(diǎn)解決兩個(gè)問題。第一就是要確保作用前后整個(gè)系統(tǒng)所受到的外力之和為零，這也是滿足動(dòng)量守恒的最基本條件;第二就是要確保實(shí)驗(yàn)更加易于操作，并能通過實(shí)驗(yàn)得到準(zhǔn)確的量化數(shù)據(jù)。通過結(jié)合所掌握的物理知識(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)平拋運(yùn)動(dòng)就可以很好地解決這兩個(gè)問題。實(shí)驗(yàn)設(shè)定兩個(gè)小球在受到力的作用前是靜止的，當(dāng)受力后，兩個(gè)小球同時(shí)開始做平拋運(yùn)動(dòng)，并在水平方向同時(shí)開始做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這是在水平方向上的動(dòng)量是守恒的，其合力為零，因此平拋運(yùn)動(dòng)就能解決第一個(gè)問題。而假如兩個(gè)小球在受力后同時(shí)從同一高度進(jìn)行平拋運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)時(shí)間就是相等的，通過使用相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算可知，其在水平方向上的位移就可以作為動(dòng)量守恒的量化數(shù)據(jù)，并且極為準(zhǔn)確。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1實(shí)驗(yàn)器材

平臺(tái)，等質(zhì)量紅色小球2個(gè)，等質(zhì)量綠色小球2個(gè)，且紅綠色小球質(zhì)量不等，細(xì)線，兩端都配有擋板的彈簧;刻度尺;白紙;復(fù)寫紙

3.2實(shí)驗(yàn)方案

首先應(yīng)將準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行組裝，將細(xì)線穿過彈簧兩側(cè)擋板的中心并將彈簧進(jìn)行壓縮，要確保與彈簧兩側(cè)的擋板相接觸的小球剛好都處于平臺(tái)的邊緣位置，隨后將裝置好的平臺(tái)放置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，并在平臺(tái)兩側(cè)分別鋪上白紙和復(fù)寫紙（注：白紙應(yīng)在復(fù)寫紙下方以記錄小球落下的位置）。

3.3具體操作

在彈簧兩端放好紅色小球，迅速剪斷細(xì)線使兩個(gè)小球在彈簧彈力的作用下開始做平拋運(yùn)動(dòng)，用刻度尺測(cè)量好分別記錄好兩小球落地后其接觸點(diǎn)與平臺(tái)兩側(cè)側(cè)壁的水平距離為S1、S2，，將小球換成綠色后再次重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，并記錄水平距離。

4.具體實(shí)施環(huán)節(jié)

在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)后，在物理老師的指導(dǎo)下通過將班級(jí)學(xué)生進(jìn)行分組，使同學(xué)們都參與到此實(shí)驗(yàn)的實(shí)際操作過程中。首先在課下協(xié)助好物理老師準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的全部器材，在老師結(jié)束對(duì)動(dòng)力守恒定律中所涉及到的相關(guān)物理學(xué)知識(shí)的講授后，并講清演示實(shí)驗(yàn)中同學(xué)們所需注意的一些事項(xiàng)，就可以安排同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)中存在的問題進(jìn)行分組探討。各組學(xué)生在相互配合下共同完成對(duì)此演示實(shí)驗(yàn)的共同操作，并根據(jù)記錄所得出的定量數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)量守恒定律進(jìn)行驗(yàn)證。

結(jié)束語

通過這種深入的思考并結(jié)合實(shí)際的實(shí)踐操作，筆者不僅對(duì)所學(xué)過的物理知識(shí)進(jìn)行了再次掌握，并更加深入理解并掌握了這些知識(shí)之間存在的聯(lián)系。而且這種理解上的深入也提升了筆者在日常生活中對(duì)物理知識(shí)的運(yùn)用能力。之前在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中，一直不能對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重視，導(dǎo)致自己總是不能理解老師在課堂上的授課意圖，也不能對(duì)所學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通，更不能親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。但是這種對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的在思考就能極大改善這種現(xiàn)象，通過這種方式不僅可以拓寬我們的發(fā)散思維，還能提升我們的創(chuàng)新能力，對(duì)今后的學(xué)習(xí)也必將大有助益。

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