方均清

◆摘 要：物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，本文選擇初中物理實(shí)驗(yàn)中探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)作為切入點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前各地使用的各種版本義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)初中物理教科書中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了全面的梳理、比較、統(tǒng)計(jì)、分析，期望通過對(duì)比各個(gè)版本教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和呈現(xiàn)形式，挖掘其中的科學(xué)和人文教育價(jià)值，以供教師從中汲取有用材料，實(shí)現(xiàn)課程資源與成果共享。

◆關(guān)鍵詞：各個(gè)版本初中物理實(shí)驗(yàn)；梳理比較；資源成果共享

一、研究目的

物理學(xué)既是一門理論科學(xué)，也是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。物理學(xué)家總是觀察和實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上，對(duì)物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行分析、抽象、概括和總結(jié)，從而建立物理定律與定理，進(jìn)而形成物理理論。物理學(xué)發(fā)展過程中實(shí)驗(yàn)的“判決性”，決定了只有理解了實(shí)驗(yàn)才能真正理解物理學(xué)！物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)具有多方面的科學(xué)和人文教育價(jià)值。物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芴峁┴S富的感性材料，使抽象的物理過程具體化、形象化，有助于加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解。

由于物理實(shí)驗(yàn)在學(xué)習(xí)物理過程中的重要性，按照課程標(biāo)準(zhǔn)編寫的各種版本初中物理教科書都精心設(shè)計(jì)了許多各種類型的物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)。根據(jù)對(duì)各種版本初中物理教科書中的物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究，每一版本教科書的物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)在形式和內(nèi)容上都是獨(dú)具匠心的，各種版本的教科書在物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路和取向等方面各具特色，都是極具價(jià)值的、可以共享的物理課程資源。

二、實(shí)驗(yàn)概述

1.實(shí)驗(yàn)的“原型”

1666年，在成立不久的英國(guó)皇家學(xué)會(huì)的例會(huì)上有人表演了如圖9-1所示的實(shí)驗(yàn)：把兩個(gè)質(zhì)量相同的硬木球或鋼球并排掛在一起，把其中的A球向左拉開某一角度，松開后，它向右擺到平衡位置時(shí)跟另一球B相碰。兩球碰撞后，A球立刻停下，B球向右擺去，差不多擺到A球開始所處的高度，然后向回?cái)[動(dòng)，再次跟A球相撞，這時(shí)B球立即停下，A球向左擺去……如此往復(fù)。當(dāng)時(shí)許多科學(xué)家對(duì)這一現(xiàn)象感到困惑不解。

由于碰撞的研究對(duì)于力學(xué)的發(fā)展至關(guān)重要，1668年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)懸賞征求解答，結(jié)果有三人應(yīng)征獲獎(jiǎng)，其中對(duì)這一問題做出完整分析的是荷蘭物理學(xué)家惠更斯（Christian Huygens）?；莞箯?652年開始對(duì)彈性碰撞進(jìn)行了深入的研究，得出結(jié)論：兩個(gè)質(zhì)量相同并以相同的速度相向運(yùn)動(dòng)的物體，在完全彈性碰撞之后，都保留碰撞前的速度而相互彈開，這就解釋了上述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。惠更斯還從實(shí)驗(yàn)和理論上研究了一般的情形，即質(zhì)量不同、速度不同的彈性碰撞。他發(fā)現(xiàn)在這種碰撞中，除了動(dòng)量守恒外，“在兩個(gè)物體的碰撞中，它們的質(zhì)量和速度平方乘積的總和，在碰撞前后保持不變。”他第一次提出了這個(gè)物理量，德國(guó)的萊布尼磁茲（Gotried ithelm Leibniz）把它命名為“活力”，科里奧利（Gustave Gaspard de Coriols）提出以代替，“活力”實(shí)質(zhì)上就是能量，現(xiàn)在我們稱之為動(dòng)能。

2.實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路

本實(shí)驗(yàn)采用控制變量的方法，先讓同一物體從斜面的不同高度滾下，比較物體滾下斜面后推動(dòng)放在水平地面上的木塊的距離，即物體保持質(zhì)量相同，改變其滾下斜面后的速度大??；再讓質(zhì)量不同的物體從相同高度滾下，比較物體滾下斜面后推動(dòng)放在水平地面上的木塊的距離，即保持勿體滾下斜面后的速度大小相同，改變物體的質(zhì)量。學(xué)生通過對(duì)影響動(dòng)能大小的因素進(jìn)行研究，了解動(dòng)能的大小跟速度、質(zhì)量的關(guān)系，最終對(duì)動(dòng)能的概念有一個(gè)深入的認(rèn)識(shí)。在實(shí)驗(yàn)探究的過程中，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析和推理能力，還可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。

三、實(shí)驗(yàn)評(píng)析

新中國(guó)成立后的歷次教學(xué)大綱均沒有提出“探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”實(shí)驗(yàn)要求，課程標(biāo)準(zhǔn)中要求通過實(shí)例理解動(dòng)能的概念。本實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生知道動(dòng)能的概念，初步了解動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。知道影響動(dòng)能大小的因素和改變物體動(dòng)能的方法，并解釋生活中的一些簡(jiǎn)單現(xiàn)象。通過實(shí)驗(yàn)探究，進(jìn)一步掌握控制變量法，并讓學(xué)生經(jīng)歷探究的過程，領(lǐng)悟其中的科學(xué)方法。通過探究與生活相關(guān)的問題，激發(fā)用基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問題的熱情，養(yǎng)成用所學(xué)知識(shí)聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際問題的習(xí)慣。

下面對(duì)各種版本教科書探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行介評(píng)。

1.人教版

人教版教科書把“探究影響物體動(dòng)能的因素的實(shí)驗(yàn)”安排在9年級(jí)。首先在學(xué)生學(xué)過的功的知識(shí)的基礎(chǔ)上，列舉子彈擊穿靶等能夠做功，直接從功和能的關(guān)系引入了能量的初步概念，使學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體具有能量形成比較清楚的具體印象，從而引出了動(dòng)能的概念。然后，通過一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)。引導(dǎo)學(xué)生展開討論，最終得出：物體的速度越大，動(dòng)能也就越大；質(zhì)量越大，動(dòng)能也越大.

2.滬科粵教版

滬科粵教版教科書把“探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)安排在9年級(jí)，首先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓小球分別從斜面上A處和B處滾下，讓學(xué)生猜測(cè)哪個(gè)小球的運(yùn)動(dòng)速度大？并讓同學(xué)思考哪些量相同？哪些量不同？然后在平板上放兩個(gè)紙盒，再讓同一小球分別從A處和B處滾下，讓學(xué)生猜測(cè)哪種情況下小球?qū)⒓埡型频酶h(yuǎn)？這時(shí)引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)動(dòng)能大小與速度是否有關(guān)。接著讓不同質(zhì)量的小球先后從斜面上同一高度處滾下，先猜猜它們?cè)谄矫嫔线\(yùn)動(dòng)速度的大小怎樣？讓同學(xué)想想這次實(shí)驗(yàn)中哪些量是相同的？哪些量是不同的？最后在平面上擺放兩個(gè)木箱，讓不同質(zhì)量的小球從斜面上同一高度處滾下，看哪種情況下小球?qū)⒓埡型频酶h(yuǎn)。用同樣的方法讓學(xué)生猜測(cè)動(dòng)能大小與質(zhì)量是否有關(guān)。通過探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生得出動(dòng)能的大小跟速度和質(zhì)量這兩個(gè)因素有關(guān)，質(zhì)量相同時(shí)，速度越大的物體具有的動(dòng)能越大；速度相同時(shí)，質(zhì)量越大的物體具有的動(dòng)能大。運(yùn)用物理知識(shí)解釋生活中的問題，培養(yǎng)學(xué)生的交通安全意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)以致用的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3.北師大版

北師大版教科書把“關(guān)于動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”的內(nèi)容安排在9年級(jí)。通過“觀察與思考”欄目，讓學(xué)生先觀察相關(guān)圖片，然后思考：小盒被小球撞擊后有什么現(xiàn)象？從不同高度法下，發(fā)生的現(xiàn)象會(huì)有何不同？不同質(zhì)量的小球從不同高度滾下，又會(huì)有何不同現(xiàn)象？最后引導(dǎo)學(xué)生得出：由斜面上滾下的小球撞入到小盒中，將小盒推動(dòng)一段距離，小球開始時(shí)的位置越高，滾下后的速度就越大，將小盒推動(dòng)的距離也就越遠(yuǎn)。不同質(zhì)量的小球由相同高度滾下后，推動(dòng)小盒的距離不同，質(zhì)量大的小球把小盒推得較遠(yuǎn)。小盒被推動(dòng)了一段距離，表明小球?qū)λ隽斯?。由?shí)驗(yàn)可知，同一個(gè)物體速度越大，做功的本領(lǐng)越大。速度相同的物體，質(zhì)量大的做功本領(lǐng)大。進(jìn)而引出物體能對(duì)外做功，就說明這個(gè)物體具有能。物體由于運(yùn)動(dòng)具有的能叫做動(dòng)能，物體速度越大、質(zhì)量越大，它具有的動(dòng)能就越多。

4.蘇科版

蘇科版教科書把“探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)安排在9年級(jí)上冊(cè)。動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的概念在蘇科版教科書8年級(jí)的教學(xué)中已經(jīng)出現(xiàn)，有關(guān)它們的一些現(xiàn)象學(xué)生并不陌生。通過給學(xué)生展示“運(yùn)動(dòng)著的錘子能將釘子打入木板中”等圖片，讓學(xué)生知道“一個(gè)物體如果能夠?qū)α硪粋€(gè)物體做功，這個(gè)物體就具有能量”這個(gè)能量概念的粗略定義。在探究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)里，運(yùn)用了控制變量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，讓小車分別從斜面的不同高度由靜止開始下滑，改變小車撞木塊時(shí)的速度，通過比較小車使木塊移動(dòng)的距離，將動(dòng)能大小的比較轉(zhuǎn)化為做功多少的比較。物體的動(dòng)能越大，它可以對(duì)其他物體做的功就越多。在探究動(dòng)能大小與質(zhì)量關(guān)系時(shí)，通過在小車上增加砝碼的方法改變小車的質(zhì)量，這種方法比用兩個(gè)質(zhì)量不同的小車或鐵球的效果要好，可基本保證小車到達(dá)水平面時(shí)的速度相同。最終引導(dǎo)學(xué)生分析歸納得出：物體的動(dòng)能大小與物體的質(zhì)量和速度有關(guān)，物體的質(zhì)量越大，速度越大，它具有的動(dòng)能就越大。

5.教科版

教科版教科書把“探究動(dòng)能大小與哪些因素有關(guān)”內(nèi)容安排在8年級(jí)，在處理動(dòng)能相關(guān)知識(shí)的時(shí)候，沒有用探究實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn)，而是首先展示了奔跑的獵豹等圖片，讓學(xué)生真切地感受到運(yùn)動(dòng)的物體具有動(dòng)能。通過現(xiàn)象說明運(yùn)動(dòng)的物體具有對(duì)其他物體做功的能力，即運(yùn)動(dòng)的物體都具有能量，進(jìn)而引出動(dòng)能的概念。接著聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活，簡(jiǎn)述汽車速度越快、出事故時(shí)破壞性就教科版越嚴(yán)重，說明物體動(dòng)能的大小同它的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。質(zhì)量相同的物體，速度越大動(dòng)能越大。輛汽車以同一速度運(yùn)動(dòng)，重載比空載時(shí)出事故會(huì)更嚴(yán)重，說明物體的動(dòng)能還同物體的質(zhì)量有關(guān)速度相同的物體，質(zhì)量越大動(dòng)能越大。

總之，結(jié)合生活實(shí)例，得出影響物體動(dòng)能大小因素的結(jié)論。

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