物理仿真实验室 “相遇”问题教学设计

2022-09-21 16:46:27 来源:写作指导

摘要:为了更好地控制“追击”“相遇”问题的运动条件,更好地观察、研究它的临界条件,基于物理仿真实验室进行该问题的教学设计,提出了一种基于物理仿真实验室的教学模型,并给出了一些使用这种教学模型的教学建议,期望能够在该类问题的课堂教学中起到积极的作用。

关键词:仿真实验;相对运动类物理问题;教学模型

随着人们生活信息化程度的加深,信息技术对人类的生产、生活以及学习方式的改变都产生了很积极的作用。信息技术已经在各个领域大展拳脚,在学校教育的应用中也越来越多样化,尤其在实验教学当中表现得更为突出。高中物理教学中有一系列比较复杂的物理模型,它们来源于生活,但是又和生活中的现象并不完全相同,其中一部分物理模型是建立在理想的状况当中(如光滑平面,忽略空气阻力等),现实生活中无法控制或者观察,“追击”“相遇”问题就是其中的一类典型代表。通过在平时课堂使用仿真实验室解决一些教学问题的尝试,我总结并提出了以下教学设计。

【教材分析】

“追击”“相遇”问题是人教版高中物理必修一第二章:匀变速直线运动规律的生活应用,本节课是作为匀变速直线运动规律的总结提升而编排的,通过这一部分内容的教学,使学生进一步巩固匀变速运动的规律,为学习牛顿第二定律的动力学问题奠定基础。

【教学目标】

1.理解什么是“追击”“相遇”问题;

2.掌握解决这类问题的三个关系———速度相等,时间关系,位移关系;

3.通过使用物理仿真实验室,让学生能够掌握三个关系的使用方法;

4.通过一题多解、多解取优,一题多变、多变归一的研究方法,使学生重视模型的建立过程,问题的发散性思维;

5.通过培养学生使用物理仿真实验室,培养学生阅读题目、掌握关键信息的能力,培养学生严谨的科学态度、创造性解决问题的能力。

【学情分析】

学生目前已经掌握了匀变速直线运动的规律,知道了如何解决单个物体的匀变速直线运动的方法,也会使用物理仿真实验室进行运动模拟,为本节课的展开奠定了良好的基础。但是“追击”“相遇”问题涉及两个物体之间的运动,对于高一的学生来说还是很难掌握的一个知识点。

【重点和难点】

教学重难点:相距最远或相距最近临界状态的分析;运动过程的分析。

【教学过程】

一、引入(4 分钟)

观看猎豹追羚羊和汽车追尾视频,激发学生的兴趣,提出问题,思考为什么有时候猎豹可以追上羚羊,有时候不能,追上追不上的关键在哪里。

二、问题探究(10 分钟)

场景一:红色小球和绿色小球在同一位置同时出发,绿球以 10m/s 的速度匀速运动,初始时刻红球静止,然后以 2m/s2的加速度做匀加速直线运动。观察两小球运动过程中他们之间的间距变化与速度大小的关系。先让学生观察完整实验过程,找到特点后,教师编辑仿真实验,验证同学们的研究结果的正确性。得出结论:当两球速度相等时,两小球之间的间距最大。分析图像,认识面积之差就是两物体的相对位移。

三、分组讨论(10 分钟)

场景一变形进行分组讨论:(1)若开始时,绿色小球在红色小球前面,以下情况的运动过程中,两球能相遇吗?若能相遇,求相遇前两球的最大距离和相遇的次数;若不能相遇,请解释原因。①绿色小球在红色小球前 18m;②绿色小球在红色小球前 25m;③绿色小球在红色小球前 30m。(2)若开始时,红色小球在绿色小球前面,以下情况的运动过程中,两球能相遇吗?若能相遇,求相遇前两球的最大距离和相遇的次数;若不能相遇,请解释原因。①红色小球在绿色小球前 18m;②红色小球在绿色小球前 25m;③红色小球在绿色小球前 30m。提示:关注解答过程中的临界条件特点。

四、实验验证并得出结论(10 分钟)规律总结:

1.用物理仿真实验室进行运动模拟,和同学们的讨论结果呼应。

2.总结结论:(1)初始速度小者追初始速度大者,追上前两个物体速度相等时,有最大距离;(2)初始速度大者追初始速度小者,追上前两个物体速度相等时,有最小距离。①若追击者和被追的物体两者速度相等时,还没有追上,则永远追不上,此时两个之间有最小距离。②若两个速度相等时恰能追上,这就是临界条件。③若追击者与被追的物体在同一位置时,追击者速度依然大于被追物体的速度,则被追的物体将来还会有一次追上追击者的机会,即会相遇两次。解题思路:

五、巩固练习(6 分钟)

例题:在一条笔直的马路上,有一辆小汽车静止,此时恰好有另外一辆小汽车以 6m/s 的速度从它的旁边匀速驶过,该小汽车立即以 3m/s2的加速度开始追它,求:(1)两辆小汽车经过多长时间相距最远?此时距离是多少?(2)当追上时,该小汽车的速度是多少?通过教学实践,笔者总结了基于仿真实验室相对运动类问题的教学模型。该教学模型贯彻“做中学”的教育学理念,首先通过教师创设的真实情景进入课程讨论的核心,通过仿真实验室创设物理情景,学生上机实验产生数据,通过同伴学习讨论数据的特点,总结物理模型,掌握临界条件,学生在教师的指导下总结解题思路,练习解决问题,在问题中继续创设新的情景,展开新一轮的学习。其基本流程如图 4 所示。

作者:孙晓洁 单位:兰州市第二十七中学