有小組總結:無阻力的情況下,小球擺動是機械能守恒,重力勢能轉化為動能;撞擊過程實際有能量損失。
還有的同事推廣碰撞過程,撞擊前后小球的運動情況與質量有關,還和速率有關。
王苠豪朋友同臺講演,借助微積分理論推論有關能量守恒和動量守恒,博得熱烈掌聲。
我們來看一下他在筆記中的推理過程。
小結:
老師首先提出問題:碰撞有哪些樣的方式?發(fā)動中學生找尋玩法;然后老師引導活動方向并參與答疑討論;最后中學生總結擺動及碰撞規(guī)律,小組分享成果。
插句正題,記得某小組細繩糾纏在一起,重新分組后,有個朋友精通各類玩法,他自告奮力,耐心破解,終獲成功。
我們獻給他一套牛頓擺作為獎勵,鼓勵他的耐心細致,這是一種難能可貴的品質。
4.啟發(fā)-守恒思想
(1)活動探求
牛頓擺這個碰撞小球實驗,中學生其實高中幼兒園就玩過了,我們如何挖掘其興趣內涵呢?
從這樣幾個維度:熱學、能量、動量。
但熱學維度不能說Ft=mv'-mv(動量定律),能量維度不能說機械能E守恒,動量維度不能說碰撞前后動量P守恒。
那這個實驗究竟要干哪些?
從力的角度來說,小球擺出來對另一靜止小球有瞬時的撞擊力(碰撞時間極短),使其他小球運動情況發(fā)生改變,這是F=ma牛頓第二定理的外化。
能量角度動量定理小球碰撞實驗,小球從重力勢能轉化為動能,通過撞擊這些方式把能量傳遞出去,其實能量耗損(轉化為內能)也容易理解。
也就是說,我們設定這個探究實驗,是基于她們沒有學習過小學的機械能守恒、動量定律及動量守恒這個前提。
有人說,這不是拔苗助長嗎?
中學生合作玩轉這個碰撞小球(牛頓擺)的趣味活動,目的是讓她們在活動過程中思索,因而為總結和發(fā)覺規(guī)律奠定基礎,雖然這個開放式探究不成功也沒有關系。
由于她們學過力,可以從熱學的角度提出問題,學過能量從能量角度思索,但須要點到為止,不能多說。
假如總結規(guī)律,撞擊前后小球運動的情況或規(guī)律與m和v都有關,至于是哪些,之后我們學到動量再說。
(2)守恒思想
我們回歸牛頓構建精典熱學體系的本源:力——是改變物體運動狀態(tài)的誘因。
也就是說,物體運動狀態(tài)(v)的改變是由于遭到非平衡力的外力的結果,描述運動狀態(tài)的v改變就意味著形成了加速度a。
由此推理,不難理解F合=ma的因果關系,但這與能量、動量有哪些關系呢?
假如把公式展開,F(xiàn)合=ma=m(v'-v)/t,不難得出F合t=mv'-mv的關系,說明外力在時間上的積累效應,但理解須要一個過程。
至于機械能守恒,中學生中學學過,但她們只是曉得重力勢能和動能轉化過程中總數(shù)不變,但未必清楚本質緣由,即除重力或彈力以外的力沒有做功。
由于重力、彈力做功對應重力勢能、彈性勢能的改變,它們是機械能的組成部份。
除此以外的力做功就意味著能量發(fā)生轉化,轉化過程都會有機械能的降低或降低,中學生最有感慨的就是磨擦生熱。
其實到機械能守恒章節(jié)可提出類似“E守恒須要滿足哪些條件”等問題動量定理小球碰撞實驗,所以這兒點到為止很重要,包括動量概念。
這兒不易引入新的概念和定量關系,
由于只有這么能夠培養(yǎng)她們發(fā)覺總結規(guī)律的探究精神。
至于數(shù)學近似性的理想狀態(tài)或則模型,這是一種很重要的研究方式,中學生會有所領悟。
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