对探究碰撞中守恒量实验的改进

对探究碰撞中守恒量实验的改进北京师范大学良乡附属中学郭兴冉辅导教师：张玉峰石丹各位老师大家好，我是来自北京师范大学良乡附属中学的郭兴冉，我说课的题目是对探究碰撞中守恒量实验的改进，接下来我将从以下6个方面展开我的说课。问题的提出本实验由生活中常见的碰撞出发，引发学生关注碰撞现象，进而构建物理模型思考碰撞中是否存在守恒量，引出探究碰撞中守恒量这一实验目的。二、实验背景分析教材分析：本实验所用教材为人民教育出版社物理选择性必修一，授课对象为高中二年级学生。本节选自选择性必修一第一章动量守恒定律第一节动量，本次课为动量的第一课时，课程内容为探究碰撞中的守恒量。学情分析：知识层面，学生已经学完必修课程，掌握了牛顿运动定律和运动学的相关内容，具有一定的运动与相互作用观念。思维方式，学生学习了机械能守恒定律、电荷守恒定律，能用能量观的角度分析问题，对守恒思想具有一定的认识。科学探究，学生能够完成设计实验方案、进行操作、记录数据、分析数据并得出结论的环节。实验器材：本节课包含3个实验探究，其中探究1的实验器材为质量相同的两个钢球及悬线；探究2旨在研究质量不同的两球间的碰撞，实验器材为大小相同的钢球、塑料球及悬线；实验探究3为定量实验，实验器材为气垫导轨、光电门、滑块、配重、数据采集器及数据线。三、实验教学目标根据课程标准，由以下四方面制定本实验目标：物理观念，认识到碰撞中存在守恒量，在建立动量概念的过程中，深化运动与相互作用观念。科学思维，经历构建模型、设计实验方案的过程，体会抽象与概括的科学思维方法；科学探究，经历寻求碰撞中守恒量的过程，在多轮“观察现象、提出问题、进行猜想、设计方案、收集证据、分析数据、得出结论”的探究活动中，体会猜想、证据和推理的重要性。；科学态度与责任，体会科学探究过程的曲折，培养科学探究的意识和勤于思考、勇于质疑的精神。实验原理及设计思路实验原理探究1：质量相同两球碰撞的守恒量对小球单独分析，机械能守恒，球B上升高度与球A下落高度一致，球A碰前和球B碰后速度相等。探究2：质量相不同两球碰撞的守恒量对小球单独分析，机械能守恒，轻球上升高度与重球下落高度不等，重球的碰前速度小于轻球的碰后速度探究3：定量分析滑块碰撞的守恒量匀速运动的速度代替碰前、碰后瞬时速度。速度等于d/t，d为遮光条宽度。通过对m和v的计算，得到守恒量为mv。设计思路对于探究1和探究2而言，首先要让学生构建物理模型，确定实验方案，观察实验现象，进行猜想。对于探究3而言，学生要根据以往的物理知识，设计实验方案，开展实验，收集证据记录数据，分析数据，得出结论。若结论支持猜想，则可进行重复验证，以确保结论的正确性；若结论不支持猜想，则应修正猜想，继续开展实验探究。实验教学过程本实验的探究过程如图所示，本实验包含三个探究内容，由生活常见的碰撞现象出发，激发学生的学习兴趣及好奇心。整个实验学生从定性分析到定量分析，充分经历和体验“发现问题--猜想--实验方案设计--证据收集--数据分析--得出结论的科学探究过程”，利用已有的动能、速度、质量等相关概念和电荷守恒、机械能守恒等相关规律，去寻求碰撞中的守恒量。守恒量的得出过程，使学生进一步形成一定的运动与相互作用观念，提升学生的科学探究能力，增强学生由生活走向物理，理论联系实际的能力。本实验旨在通过设置问题串的方式，循序渐进地引导学生用已有的知识分析新情境新问题，让他们亲身经历动量这一碰撞中的守恒量得出过程，实现知识迁移并构建新知，而且还可以让学生获得一定的成就感，增强物理学习的信心。实验教学内容及时间分配如下，探究1五分钟，探究2三分钟，探究三7分钟。具体的教学过程为，探究1，用长度相同的细线，分别悬挂两个质量相同的钢球，让它们并排放置，拉起A球，然后放开，让它与静止的B球碰撞。引导学生观察实验，并提出问题。引导学生观察实验现象的同时，对碰撞前、碰撞后进行说明，使学生明确研究过程。通过经典的牛顿摆球碰撞的实验，引发学生对“两球碰撞过程中很可能存在守恒量”的强烈感知，并提出本节课的核心问题：碰撞过程中什么量守恒？根据实验现象，进行猜想，得到猜想1:“碰撞中的守恒量为系统的速度之和。”具体教学过程如视频所示，本部分涉及到了实验推理法。探究2，用长度相同的细线，分别悬挂重球和轻球，让它们并排放置，拉起重球，然后放开，让它与静止的轻球碰撞。观察实验的同时，提出问题。轻球撞后的速度大于重球撞前的速度，说明速度之和发生了变化。接着定性分析影响碰撞结果的因素，继续猜想“碰撞前后的守恒量”。通过教师引导学生会发现碰撞后的速度大小与质量大小成负相关的关系，引起认知冲突，进一步启发学生思考。学生认识到碰撞中的守恒量与质量、速度有关，猜想守恒量可能得组合方式并尝试通过实验进行探究。探究3，定量探究碰撞中的守恒量。鼓励学生提出多种实验方案，讨论后进行分享。本节课所采用的实验器材为运动的滑块碰撞静止的滑块，可改变滑块的质量或碰后运动状态（弹开或共同运动）。确定实验方案后，提出如何测量物理量。利用科学研究的转换法，将不易测量的瞬时速度，转换为易测量的平均速度。介绍气垫导轨及光电们的工作原理，便于学生后续实验。具体实验过程如视频所示。本过程定量分析，学生经历“探究碰撞中守恒量”的过程，体会科学探究过程中猜想、推论和证据的重要性。通过实验数据，得出实验结论“碰撞过程中，mv和不变”。课上实际操作时，存在一定的实验误差，但在一定范围内，学生可根据实验数据得出碰撞前后质量与速度的乘积之和不变的结论。学生能够通过实验数据找到碰撞中的守恒量，解决本实验的问题，亲历探究过程，得到动量的定义。接着，请学生依据评价量表对自己进行评价，掌握学生对探究碰撞中守恒量这一实验的理解情况。六、实验反思本实验所涉及的实验均为教材上的探究性实验，但教材上的探究1和探究2两实验，均为球悬挂于一根绳之下，为了更易于实现一维碰撞，将一根细绳改为两根细绳悬挂。其次，利用3D打印技术，打印出形状大小与钢球一致的塑料