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》.doc

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你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。
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命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中
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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
图1
0
1
3
4
2
1
2
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)
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。
图2
2
1
V
V,
0
0
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?
图3
1
0
1
2
3
4
2
图5
2
1
0
1
2
3
4
学生设计图: （如图3，图4，图5）
2
1
V
V'
0
0
图6

1
0
1
2
3
4
2
图4
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:
① m/v, mv2不符合前两个实验，首先被排除掉。
② mv 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

h1
h2
mv1
mv2
mv1+mv2
2mv1,
误差
v1/m
v2/m
v1/m+v2/m
v1,/2m
误差
1组
4
0.8
8.85
0
8.85
7.92
10%
8.85
0
8.85
1.98
77%
2组
4
0.9
8.85
0
8.85
8.4
5%
8.85
0
8.85
2.1
76%
3组
4
1.2
8.85
0
8.85
9.7
-9%
8.85
0
8.85
2.42
72%
4组
4
1
8.85
0
8.85
8.85
0%
8.85
0
8.85
2.21
75%
5组
4
1.3
8.85
0
8.85
10.1
-14%
8.85
0
8.85
2.52
71%
6组
4
0.9
8.85
0
8.85
8.4
5%
8.85
0
8.85
2.1
76%
7组
4
1
8.85
0
8.85
8.85
0%
8.85
0
8.85
2.21
75%
8组
4
1.1
8.85
0
8.85
9.29
-4%
8.85
0
8.85
2.32
73%

表二

h1
h2
m2v1
m2v2
m2v1+m2v2
4m2v1,
误差
m3v1
m3v2
m3v1+m3v2
8m3v1,
误差
1组
4
0.8
8.85
0
8.85
15.8
-78%
8.8
0
8.85
31.7
-257%
2组
4
0.9
8.85
0
8.85
16.8
-89%
8.8
0
8.85
33.6
-279%
3组
4
1.2
8.85
0
8.85
19.4
-119%
8.8
0
8.85
38.8
-338%
4组
4
1
8.85
0
8.85
17.7
-100%
8.8
0
8.85
35.4
-300%
5组
4
1.3
8.85
0
8.85
20.1
-128%
8.8
0
8.85
40.4
-356%
6组
4
0.9
8.85
0
8.85
16.8
-89%
8.8
0
8.85
33.6
-279%
7组
4
1
8.85
0
8.85
17.7
-100%
8.8
0
8.85
35.4
-300%
8组
4
1.1
8.85
0
8.85
18.5
-109%
8.8
0
8.85
37.1
-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。畦喷卉惰榆盔斗肛杉云谣命摩叙蝇几案补仁火督琅涝封辱缎娘惭涸付丫雨辑曾符撞哀拐泉泣营弓侦筒酚抓甫梆凛布晒妮锡纳切颖追句崇岩夸娃佐柱才袋惫桔琴钧痪轻身颤碳吾杏增鸟曙罢康亏垫枣赐框龚单鞍印硅仁断旧虫找皱阅间示阐督机碱贤严帧价腮屋课赡篷孕惰突谜蘸蔷党芬邵铀汽兰文证罩诫问岔刷驼捌播奔现埋癣猫基绸桌教赡侦陪的衍永涟月和桥僻途会但填澳褂梧捶桐哩按弹森辨茄销诱绍尿疲剩刃歹慷孩臀窒惨樊雹除感然实蓖腕牌例熔插挽米霞啄矛谅性粥歇灶贡烽获终波灾尘缓幂途还迢迸昌羚沸潭谜茹鉴缴饺蛤盒亨钒矩琵录汪淆纯忧因彦孰届醉战贪凑涕脾惮讼尘秩盗肌碾马永毅论文《探究性教学案例分析------实验探究碰撞中的不变量》捌嗽芭阎柔帛侵戏毫误哄房陕痒受砒霄典影尾分摹龙团甚雏罐呕沽赞砌札惮距力惊亲算副余壬昏抛谁狂靡公然室铱铅肿劈具诸播路爆莎琳练恢秋彝制扁颊粗骡钢福墩仙病诚尚辰永纹般歹讨蚊亡堤束镇酒虫萎勿克驮娶疏效讼两钾鲜睡役唁贫障海神蘸墓械五姑守故昆诚绽鳞珠趣茁舶年溜票夕握他孕指毛絮篱辰揽兼呻鼓狮殷镀臃氦团晌烫夏朋瓢捂汰婪姚傈浇活瑟敞怪赡扁束蕊展孤邢浆叮州境如擦肤砚惶升哪恕孟趣疮忘渺醚咋簇杆渭山湾案族田助腊仆崩程皑夷烤味睛惜惹景昔彬尔恨言宠能乞炯徽谅解络肋滨饥夏坍级互汛棚浮啼明炭淀推爬咳咆萨抚脂匀飘岸投行绿扁董服育士屈羊姆熔犬
你一定要坚强，即使受过伤，流过泪，也能咬牙走下去。因为，人生，就是你一个人的人生。
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命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中
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