1 全章概述
高中物理必修課中的力學和電學內容為學生初步形成對物質、運動與相互作用、能量概念的理解奠定了重要基礎。 應該說,教材對于學生形成“運動與互動觀”有著重要的作用。 有一個比較完整的設計。 本章中的動量設計和動量守恒定律也將幫助學生進一步形成運動和相互作用的概念。 動量普遍知識和動量守恒定律在高中物理教學中占有重要地位。
從章節結構設計來看,本章結構設計較以往教材有所調整。 在強調知識轉移的同時,其核心是強調物理學中的“守恒思想”。 教材編寫的邏輯線索如下。
尋求碰撞中的不變量(實驗基礎)
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mv有特殊含義(引入動量概念)
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動量定理(科學演繹推理)
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動量守恒定律(從動量的角度理解相互作用)
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指出動量守恒定律的普遍性
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動量守恒定律的應用
本章共有6節知識內容,大致可分為三個單元。 第一單元包括第一節和第二節,即“動量”和“動量定理”。 本部分重點介紹動量的概念,引導學生理解沖量、動量和動量定理,并能夠用它們解釋生產和生活中的相關現象; 第一章第二單元包括第三節和第四節,即“動量守恒定律”和“實驗:驗證動量守恒定律”。 本部分重點介紹動量守恒定律的建立過程,并要求學生用它來解釋生產、生活中的相關現象; 第二節 第三單元包括第五節和第六節,即“彈性碰撞與非彈性碰撞”和“反沖火箭”。 這部分內容是從動量守恒定律的應用角度展開的。
1.1 物理概念
本章中的動量及其守恒定律是圍繞形成運動和相互作用概念的線索而設計的。 該內容也是學生形成運動和互動概念的基礎。 教材幫助學生形成這一物理概念的方法主要體現在章節結構的設計上。 上述教材所寫的邏輯線索所體現的章節結構特點,可以使學生有效地運用“動量”的概念來理解“互動”。
1.2 科學思維
在中學物理教學中,如何引入動量的概念是一個需要研究的問題。 在處理這個問題時,本章不僅僅關心它的定義,更關心的是指導學生以“尋找碰撞中的不變量”為題進行實驗設計,深化動量概念的形成過程。 同時,教材以動量概念的建立過程為例,通過“科學方法”欄目給出“抽象與概括”的科學方法問題。 任何科學概念的形成和規律的建立都不能簡單地拼湊在一起。 它需要嚴格的科學歸納、推理和論證。
1.3 科學探究
科學探究素養的培養必須不失任何機會。 本章教材雖然沒有以“探索”二字呈現探索性實驗,但科學探究思想的滲透卻貫穿于章節的設計之中。 圖1框圖所示的設計思路可以體現教材如何引導學生進行科學探究過程,完成動量守恒定律的學習。
1. 4 科學態度和責任
本章教材的設計力求使學生能夠運用動量守恒定律解釋生產生活中的相關現象,加深對科學本質的認識,增強社會責任感。 例如,《STSE》欄目中的《汽車碰撞測試》和《科學漫步》欄目、《運動測量的歷史爭論》以及第5、6版塊的設計,注重科學態度和責任感的核心素養培養。
2 具體說明
2. 1 第 1 節勢頭
本節設計從觀察“問題”欄目中的實驗現象(兩個相同鋼球的碰撞)開始,進而討論問題。 在此基礎上,設計了與上述實驗相對應的條件的演示實驗,即“質”“不同球的碰撞”問題,引導學生進一步尋求碰撞中的“不變量”。 這樣處理的目的一方面是為動量概念的引入提供實驗基礎; 另一方面,引導學生親身體驗、體會科學探究的過程。 需要注意的是,學生在觀察實驗現象的過程中,發現問題并引發猜想,認識自然的和諧統一。
本章教材并沒有詳細闡述動量概念形成的歷史過程,而是以旁注的形式給出:“物理學家總是在尋求自然界萬物運動的規律,包括尋找某些不斷變化的世界中的不變量。” . 此外,關于保護的思維方法對于學生來說并不陌生。 他們在高中物理必修課中已經學過《機械能守恒定律》、《電荷守恒定律》、《能量守恒定律》等。 他們對教材設計的“尋求碰撞”感興趣。 你會對“方程中的不變量”的要求有更深入的理解,在此基礎上,動量概念的引入就會變得自然合理。
不過,應該明確的是動量守恒定律的實例分析,課本上設計的尋求碰撞的“不變量”并不是“守恒量”,但“不變量”的結果會給我們一個強烈的提示:兩個之間很可能存在“守恒”。碰撞過程中的物體。 “數量”,這個猜測是有實驗依據的。 在教學中,要引導學生認識到規律的成立不能簡單地得出結論。 只有當結論推導出來的許多新結果與事實相符時,它才能成為法律。 學生雖然無法獨立完成這一過程,但通過親身體驗、發現問題、猜想、挖掘證據來探索“不變量”的過程,具有非常重要的教育價值。
另外,需要引導學生注意動量是一個向量,對此必須有一個清晰的認識。 這又涉及到理解向量運算的問題。
2.2 第2節動量定理
教科書從物體在恒力作用下以勻速直線運動的情況推導出動量定理。 這是科學方法從特殊概括到普遍的應用。 動量定理不僅適用于常力,也適用于變力。 正是因為它們適用于可變力,所以它們具有廣泛的應用。 但由于理論推導較困難,所以在中學階段要求不宜太高。 教科書使用積分的思想(已滲透到必修物理課程中)來提供定性解釋。
我們從課本上動量定理的推導過程可以看出,物體動量的變化率等于它所受到的力。 這說明動量定理的物理本質與牛頓第二定律是相同的。 引導學生嘗試用動量的概念來表示牛頓第二定律,這將有助于學生更深入地理解動量的概念以及描述運動與相互作用關系的問題。
2.3 動量守恒定律第三節
本章教材利用動量定理和牛頓第三定律動量守恒定律的實例分析,用科學的推導方法推導出動量守恒定律。 教材引導學生在理解動量和動量定理的基礎上,介紹系統、內力、外力的概念。 為了使學生深入理解動量守恒定律以及運動與相互作用的關系,教材將動量守恒定律與牛頓運動定律緊密結合起來,并通過實例揭示了牛頓運動定律反映了相互作用從“力”的角度來看,物體之間。 動量守恒定律從“動量”的角度描述了物體之間相互作用的本質。
動量守恒定律不僅適用于碰撞,也適用于任何形式的相互作用。 動量守恒定律的普遍性為學生深入理解自然的和諧統一提供了很好的范例。 同時,它也開辟了解決機械問題的新途徑。 教材通過實例展示了動量守恒定律在解決碰撞問題中的優勢。
2. 4 第四節實驗:驗證動量守恒定律
本部分教材重點對“實驗思路”、“物理量測量”和“數據分析”進行設計,指導學生選擇實驗方案進行實驗操作。 本節給出了“滑塊碰撞氣墊導軌時動量守恒的研究”和“滑槽末端小球碰撞時動量守恒的研究”兩個參考案例來驗證勢頭。 在本節實驗中,應引導學生認識到驗證性實驗是實驗的一種重要形式,是科學探究的有效方式。 教科書力求在參考案例等驗證性實驗中展現科學探究精神的滲透。 需要設計方法來獲取多重相關證據等。本節的驗證性實驗應在科學探究素養培養的整個章節中考慮。
2. 5 第5節 彈性碰撞與非彈性碰撞
本部分目的不是為了讓學生提高對碰撞知識的理解,而是以碰撞知識為載體,將科學思維和科學探究的要素深入細致地落實到學科核心能力中,運用碰撞規律。真實和典型情況下的動量守恒。
教師應關注學生能否靈活運用動量守恒定律和機械能守恒定律解決典型的碰撞問題。 事實上,沒有必要記住本練習課所使用的練習的結論,也不應該讓學生以這些結論作為解決新問題的前提。
教材在得到兩個小球碰撞后速度的關系后,在三種特殊情況下討論了兩個小球碰撞后速度的關系:m1=m2、m1≥m2、m1≤m2。 目的是向老師和學生傳達一個信息:通過公式,我們可以看到不同物理量之間的依賴關系以及某些物理量的變化趨勢,從中可以得出許多定性的結論。 這種能力對于學生學好物理課程非常重要。
本課為學生創造了一個真實的情境來體驗科學探究的過程。 學生們通過生活經歷,已經對這類碰撞的結果有了自己的期待。 運用物理知識、數學知識進行分析后,看結論是否與生活經驗相符。 這是在探索問題的過程中獲取“證據”并分析問題。 給出合理的“解釋”。
2. 6節6反沖運動火箭彈
本節的設計從如何解釋“問題”欄目中章魚的游動開始,進而引出圍繞發射炮彈的炮體后退現象的后坐運動。 教材引導學生應用動量守恒定律來解釋反沖運動。 同時,教材通過生產生活中的實例介紹反沖運動,通過演示實驗加深對反沖運動的理解,最后介紹火箭的飛行原理。
教材的“思考與討論”欄目旨在指導學生根據動量守恒定律完成書中的推導,并從理論上講清楚:火箭最終獲得的速度主要取決于兩個條件,一是噴射速度,二是質量比,即火箭起飛時的質量與燃料燃盡時的質量之比。 噴射速度越大,質量比越大,火箭的最終速度也越大(忽略重力的影響)。
最后,教材以“科學漫步”欄目的形式介紹了“三級火箭”的內容,要求在進一步介紹我國航空航天進步的同時拓展火箭知識,激發學生的愛國熱情。熱情。