《驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律-創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析》說課稿(全國實(shí)驗(yàn)說課大賽獲獎(jiǎng)案例)

《驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律——?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析》說課稿一、教材分析本節(jié)課的設(shè)計(jì)依托于人教版高中《物理選修3-5》第十六章動(dòng)量守恒定律，教材在本章的開始設(shè)計(jì)了一節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課——《實(shí)驗(yàn)：探究碰撞中的不變量》。通過研究教材發(fā)現(xiàn)以下問題：1.教材中給出了具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的提升；2.教材中的實(shí)驗(yàn)方法限制了學(xué)生只能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不能課下持續(xù)探究，不利于調(diào)動(dòng)學(xué)生探究的積極性；3.高考考綱中明確表示，本章的實(shí)驗(yàn)考查內(nèi)容為《驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律》，課本內(nèi)容安排與高考考綱內(nèi)容有差異。為緊扣新課程標(biāo)準(zhǔn)和高考考綱，我在本章內(nèi)容的最后增加了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課。二、學(xué)情分析1.知識(shí)基礎(chǔ)：學(xué)生已經(jīng)掌握了一些運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且通過對“動(dòng)量守恒定律”這一章的學(xué)習(xí)，已經(jīng)對相關(guān)的知識(shí)比較熟悉，能將理性的碰撞知識(shí)與感性的生活認(rèn)知相聯(lián)系。2.能力基礎(chǔ)：學(xué)生通過在前面實(shí)驗(yàn)課中的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，已經(jīng)了解了物理學(xué)的研究方法，具備了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的能力和實(shí)驗(yàn)操作的技能，有一定的分析能力和邏輯推理能力。另外，學(xué)生在“能量守恒定律”一章中有過類似的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新課的經(jīng)歷和體驗(yàn)。3.薄弱環(huán)節(jié)：雖然學(xué)生在平常學(xué)習(xí)中掌握了一定的物理模型和物理思想，有利于開拓思維，但對于學(xué)生來說，利用基本的物理模型和生活實(shí)例來設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)誤差分析并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，這是一個(gè)難點(diǎn)，需要學(xué)生加強(qiáng)訓(xùn)練，教師給予指導(dǎo)。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)（一）物理觀念1.通過創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的演示，使學(xué)生具有初步的動(dòng)量守恒的觀念，能從物理學(xué)的視角描述和解釋與動(dòng)量守恒有關(guān)的現(xiàn)象。2.通過創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，使學(xué)生具有相對清晰的動(dòng)量守恒的觀念。3.通過對各小組實(shí)驗(yàn)裝置的原理分析和誤差分析，使學(xué)生具有清晰的動(dòng)量守恒的觀念，并掌握用實(shí)驗(yàn)裝置測速度或用其他物理量表示速度的大小的方法。（二）科學(xué)思維1.通過創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的演示與分析，使學(xué)生初步感受將實(shí)際問題中的研究對象轉(zhuǎn)換成物理模型的科學(xué)思維。2.通過創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，使學(xué)生初步體會(huì)在具體的物理情境中對綜合性物理問題進(jìn)行分析和推理的能力。3.通過對各小組實(shí)驗(yàn)裝置的原理分析和誤差分析，使學(xué)生初步做到能從多個(gè)視角審視已有觀點(diǎn)的正確性，并能提出相應(yīng)的創(chuàng)新性觀點(diǎn)。（三）科學(xué)探究1.通過創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠在教師的指導(dǎo)和小組合作的基礎(chǔ)上制定科學(xué)探究方案，掌握設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的一般思路和方法。2.通過對各小組實(shí)驗(yàn)裝置的原理分析和誤差分析，使學(xué)生能夠主動(dòng)交流、反思科學(xué)探究過程。（四）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1.通過用生活中常見的物品制作教具，拉近科學(xué)與學(xué)生的距離，使學(xué)生感到科學(xué)就在身邊，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。2．通過學(xué)生合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作精神和協(xié)作意識(shí)，敢于提出與別人不同的見解。3．通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生建立物理模型、靈活運(yùn)用物理模型的科學(xué)學(xué)習(xí)方法，鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維能力。四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、分析與優(yōu)化。2.掌握用實(shí)驗(yàn)裝置測速度或用其他物理模型間接表示速度大小的方法。五、教法與學(xué)法探究式教學(xué)模式，以實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為主軸，以探究學(xué)習(xí)為主要形式，以鼓勵(lì)創(chuàng)新為目的，引導(dǎo)學(xué)生小組合作、實(shí)驗(yàn)探究。六、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)（一）創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)裝置圖1實(shí)驗(yàn)儀器：簡易蹺蹺板、玩具小車、輕彈簧、細(xì)線、打火機(jī)、配重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1：釋放夾在輛小車中的輕彈簧，小車運(yùn)動(dòng)過程中，蹺蹺板處于平衡狀態(tài)（如圖2）。圖2實(shí)驗(yàn)原理1：設(shè)左右兩邊小車的質(zhì)量分別為m1、m2，將兩輛小車由靜止開始釋放，兩輛小車在運(yùn)動(dòng)過程中受到的滾動(dòng)摩擦力矢量和為零，兩小車組成的系統(tǒng)動(dòng)量守恒。初始狀態(tài)兩小車的動(dòng)量矢量和為零，中間過程的動(dòng)量矢量和也為零，故m1v1=m2v2

，由于運(yùn)動(dòng)的同時(shí)性，兩邊同乘gt，可得m1gL1=m2gL2

,L1、L2

分別為左右兩個(gè)小車在相同時(shí)間內(nèi)走過的路程，由杠桿平衡原理可得，蹺蹺板將處于平衡狀態(tài)，不左右擺動(dòng)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象2：將其中一輛小車的車輪綁住，釋放夾在輛小車中的輕彈簧，小車運(yùn)動(dòng)過程中，蹺蹺板發(fā)生晃動(dòng)（如圖3）。圖3實(shí)驗(yàn)原理2：將其中一輛小車的車輪綁住后，小車所受的摩擦力從滾動(dòng)摩擦變成滑動(dòng)摩擦，兩輛小車所受的摩擦力矢量和不為零，兩小車組成的系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，不滿足杠桿平衡條件，翹翹板發(fā)生晃動(dòng)。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)：1.實(shí)驗(yàn)裝置簡單易做，學(xué)生課下可以自主操作，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性；2.模型是學(xué)生熟悉的蹺蹺板，讓學(xué)生感受到物理來源于生活，服務(wù)于生活；3.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，有趣味性，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活學(xué)生的思維。（二）學(xué)生半自主設(shè)計(jì)型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證動(dòng)量守恒的條件）圖4實(shí)驗(yàn)儀器：帶刻度的軌道、小車、彈簧、電磁鐵、光電開關(guān)、指示燈、學(xué)生電源、導(dǎo)線、電子秤、配重等（如圖4）。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：將導(dǎo)軌的兩端分別固定一個(gè)電磁鐵，兩個(gè)電磁鐵串聯(lián)，吸附兩輛小車，以保證兩輛小車可以同時(shí)由靜止釋放。將兩個(gè)光電開關(guān)分別與一個(gè)指示燈串聯(lián)，當(dāng)兩個(gè)小車經(jīng)過光電開關(guān)時(shí)，指示燈亮起。根據(jù)導(dǎo)軌上的刻度，調(diào)節(jié)兩輛小車的前端分別到兩個(gè)光電開關(guān)的距離相等。選擇兩輛材料完全一樣的小車，通過增加配重，使兩輛小車的質(zhì)量相同，在兩輛固定的小車中間連接上被拉伸的勁度系數(shù)較小的彈簧。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)原理：1.因?yàn)閮奢v小車的材料和質(zhì)量都相同，所以兩輛小車在釋放的過程中受到的摩擦阻力大小相等、方向相反，兩輛小車和彈簧組成的系統(tǒng)所受的合外力為零，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，兩輛小車在運(yùn)動(dòng)的過程中速度的大小時(shí)刻相同，二者應(yīng)該同時(shí)到達(dá)等距離的光電開關(guān)，與光電開關(guān)串聯(lián)的指示燈將同時(shí)亮起。2.將其中一輛小車的底部貼上一塊橡膠片，使得兩輛小車在運(yùn)動(dòng)過程中所受的摩擦力的矢量和不為零，系統(tǒng)的動(dòng)量不守恒，兩輛小車在運(yùn)動(dòng)的過程中速度的大小不能時(shí)刻相同,兩輛小車不能同時(shí)通過光電開關(guān)，指示燈不能同時(shí)亮起。3.在兩輛小車所受的摩擦力大小不同的前提下，增加兩輛小車中間的彈簧個(gè)數(shù)，使內(nèi)力遠(yuǎn)大于外力，系統(tǒng)的動(dòng)量近似守恒，兩輛小車幾乎同時(shí)達(dá)到光電開關(guān)，兩個(gè)指示燈幾乎同時(shí)亮起。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)：1.在這一環(huán)節(jié)中，不是直接展示設(shè)計(jì)成品，而是讓學(xué)生將一個(gè)半成品的實(shí)驗(yàn)裝置，通過思考與討論，設(shè)計(jì)成一個(gè)完整的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，初步享受設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的成就感，提升發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。2.實(shí)驗(yàn)器材相對簡單易尋，設(shè)計(jì)方案體現(xiàn)了課程內(nèi)的知識(shí)綜合，既方便學(xué)生課下動(dòng)手操作，也能激活學(xué)生的思維。（三）利用Tracker軟件將定性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成定量實(shí)驗(yàn)圖5實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)：Tracker軟件的引入，使學(xué)生掌握了一種能隨時(shí)隨地分析實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)的方法，讓學(xué)生體會(huì)到物理與現(xiàn)代科技的密切聯(lián)系，拉近學(xué)生與物理學(xué)科的距離，進(jìn)而真正激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和主動(dòng)性。七、教學(xué)過程設(shè)計(jì)（一）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)演示與分析1.演示蹺蹺板實(shí)驗(yàn)，釋放彈簧，觀察蹺蹺板是否處于穩(wěn)定狀態(tài)（如圖2和圖3）。2.

學(xué)生思考并解釋實(shí)驗(yàn)原理（見前面敘述）3.

(問題引導(dǎo)）如何改變小車才能讓翹翹板在小車釋放的過程中發(fā)生晃動(dòng)？學(xué)生思考提出方案：（1）將其中一輛小車的車輪綁住，變滾動(dòng)摩擦為滑動(dòng)摩擦，使兩輛小車所受到的摩擦力的矢量和不為零，系統(tǒng)動(dòng)量不守恒，翹翹板不穩(wěn)定。（2）增大其中一輛小車的質(zhì)量，使這輛小車受到的滾動(dòng)摩擦力增大。（3）給其中一輛小車掛上風(fēng)帆，增加其所受到的空氣阻力。4.

教師給學(xué)生提供半成品的實(shí)驗(yàn)裝置，通過問題引導(dǎo)，學(xué)生小組討論，設(shè)計(jì)定性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一維運(yùn)動(dòng)中動(dòng)量守恒的條件。（此時(shí)學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，已經(jīng)有了理論的儲(chǔ)備，但缺乏感性的認(rèn)識(shí)。）（實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及原理見前面敘述）5.

（思維深入）如何將定性實(shí)驗(yàn)裝置改為定量實(shí)驗(yàn)裝置？學(xué)生通過討論發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵使如何測量速度，學(xué)生提出觀點(diǎn)：利用平拋運(yùn)動(dòng)，光電門，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，頻閃照相法、壓力傳感器、軌跡跟蹤軟件等。（教師給予及時(shí)肯定與評價(jià)）為了讓學(xué)生能在課下進(jìn)行深入的研究與分析，我們在本節(jié)課采用Tracker軟件來追蹤研究對象的軌跡，選擇其中一組，展示定量操作的實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。6.物理回歸生活，分小組利用Tracker軟件分析學(xué)生自己打乒乓球時(shí)的動(dòng)量守恒問題，通過對獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，學(xué)生思考在乒乓球與臺(tái)子碰撞的過程中水平方向動(dòng)量是否守恒？為什么？有的小組分析獲得的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，乒乓球與臺(tái)子碰撞后瞬間，水平方向的動(dòng)量略有增加，請學(xué)生提出猜想，課后重新錄制幾段視頻，進(jìn)行進(jìn)一步的分析，并查閱相關(guān)資料，探討這是意外還是有更深入的原因。（二）創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與展示1.

教師設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置圖。2.

通過小組內(nèi)討論和小組間的實(shí)驗(yàn)分享和互評，進(jìn)行誤差分析、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。3.

實(shí)驗(yàn)原理圖展示，教師給予及時(shí)地評價(jià)與指導(dǎo)圖片6圖片7圖片8圖片9圖片10圖片11

（1）圖6實(shí)驗(yàn)原理：由靜止釋放彈簧后，A、B兩滑快在氣墊導(dǎo)軌上做勻速運(yùn)動(dòng)，分別測出A和B的運(yùn)動(dòng)路程和時(shí)間，就可得到二者分離后的速度。（2）圖7實(shí)驗(yàn)原理：利用平拋運(yùn)動(dòng)得到m1、m2兩小球由靜止釋放后各自的速度，從而驗(yàn)證動(dòng)量守恒定。（3）圖8實(shí)驗(yàn)原理：利用動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化來求得兩小球碰前和碰后的速度。（4）圖9實(shí)驗(yàn)原理：利用動(dòng)能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化來求得A小球碰前和碰后的速度，利用平拋運(yùn)動(dòng)來測定B小球碰后的速度.（5）圖10實(shí)驗(yàn)原理：利用平拋運(yùn)動(dòng)來測定B小球在彈簧釋放后的速度，利用測定的摩擦因數(shù)及A在水平面上移動(dòng)的距離來測得A在彈簧釋放后的速度。（6）圖11實(shí)驗(yàn)原理：用壓力傳感器結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)向心力公式求速度。圖12（7）圖12實(shí)驗(yàn)原理：利用帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑公式求速度。（這種方法在高中階段沒辦法實(shí)現(xiàn)，但設(shè)計(jì)方案充分體現(xiàn)了學(xué)生的知識(shí)遷移能力，教師需要給予表揚(yáng)）4.各小組對其他小組展示的實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)行分析，并總結(jié)用實(shí)驗(yàn)裝置測速度或用其他物理量表示速度的方法。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或光電門和數(shù)字計(jì)時(shí)器組合使用可以測量速度。利用平拋運(yùn)動(dòng)可以間接表示速度的大小。利用單擺或其他模型中重力勢能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化可以間接表示速度的大小。④利用物塊在水平面上做勻減速運(yùn)動(dòng)，測量動(dòng)摩擦因數(shù)和位移，可以表示速度的大小。⑤利用物塊在氣墊導(dǎo)軌上做近似勻速運(yùn)動(dòng)表示速度。

······八、實(shí)驗(yàn)效果評價(jià)（一）創(chuàng)新思維的提升在課堂引入階段采用的自制實(shí)驗(yàn)教具兼顧了“趣味性、科學(xué)性”，彰顯實(shí)驗(yàn)魅力，成功激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激活了學(xué)生的思維。（二）建模能力的提升在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生能通過教師的引導(dǎo)及小組合作討論，充分利用已學(xué)的物理模型創(chuàng)造新裝置，解決新問題。通過這堂課，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生的能力真的是不可限量，例如有一個(gè)學(xué)生提出利用帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡圓半徑求得碰前和碰后的速度，雖然可行性不高，但這充分體現(xiàn)出學(xué)生對帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)模型的掌握的很到位，且能很自然的進(jìn)行知識(shí)的遷移應(yīng)用。（三）探究能力的提升創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是本節(jié)實(shí)驗(yàn)課的重點(diǎn)也是難點(diǎn)，這不僅要求學(xué)生有創(chuàng)新性思維和一定的構(gòu)建模型的能力，還要求學(xué)生能夠按照實(shí)驗(yàn)探究的一般步驟分析實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及實(shí)驗(yàn)誤差等方面所需要注意的細(xì)節(jié)問題，最后通過小組自評和互評的形式真正地提升提出問題和解決問題的能力。（四