高一物理：從實驗入手深化理解動量定理

　　動量定理是高中物理課程的重要基礎知識,對孩子擴展牛頓定律的認識、學習動量守恒定律、研究有關碰撞和打擊等問題,起著十分重要的作用。教學實踐表明,孩子不是很容易掌握這個問題,尤其是對沖量和沖力的認識,往往模糊不清。

　　因此,如何使孩子真正理解這兩個概念,就成為動量定理教學中的關鍵。

　　我給孩子做過一道簡單題目:體重60kg的建筑工人,不慎從高空跌下,由于彈性安全帶的保護,他被懸掛起來。已知彈性緩沖時間是12s,安全帶長5m, 求安全帶所受的平均沖力。在解題中不少孩子暴露出來對動量定理的模糊認識,結果是安全帶所受的平均沖力小于工人體重。錯在哪里?為了引導孩子去發(fā)現(xiàn)問題、分析原因,可讓孩子自己做一些簡單的實驗,在教師提出幾個有針對性問題的啟發(fā)下,自己邊實驗,邊觀察,邊分析,邊總結。

　　[實驗]:用很輕的細線吊著一個物體。

　　[啟發(fā)性問題]:

　�、僭谄胶鉅顟B(tài)下,物體受哪些力的作用?細線所受的拉力是多大?(物體受細線的拉力和重力的作用。細線所受的拉力在數(shù)值上等于物體的重量,方向向下。)

　�、谕衅鹞矬w,讓物體自由落下,在沖拉一瞬間,細線斷了。問:在這一瞬間,物體受哪幾個力的作用?細線所受的拉力有何變化?(這一瞬間細線斷了,表明細線所受的拉力增大了。)這里教師應該指出,細線和物體所受的這個瞬時拉力就是沖力。

　�、凵项}中,安全帶所受的平均沖力會小于工人的體重嗎?(這時孩子知道:不會。)這個簡單實驗,定性地否定了上題中的結果。為了讓孩子進一步理解動量定理,可把實驗略加改動:換一條較韌的細線,不讓它斷,線的上端掛在彈簧秤鉤上。利用彈簧秤的讀數(shù),可以半定量地說明問題(由于彈簧秤的彈力而產(chǎn)生的微小振動,不宜在這里分析)。通過教師的啟發(fā),讓孩子得出結論。

　　除此之外,也可以讓孩子站在磅秤上不動,然后又讓他跳上磅秤(跳的高度任意),這時磅秤的瞬時讀數(shù)比人的體重大等等。這些實驗雖然都很簡單也遠非完善,卻能給孩子一些感性認識,對形成正確概念是很有幫助的。

　　同時,為了使孩子真正掌握動量定理,靈活運用于分析問題和解決問題,在此需要反復講清動量和沖量、沖力等幾個重要概念,講清動量定理數(shù)學公式的物理意義、適用的條件和范圍。①動量定理表示:物體所受的合力F的沖量等于物體在這段時間里的動量的改變。

　　②沖力f是作用時間很短而平均值很大的變力。這種力常見于碰撞或打擊現(xiàn)象中,有時又稱為沖擊力或打擊力。但是,沖力f和合力F是不能混為一談的。如果物體只受某一沖力f作用而動量發(fā)生改變,則f就是F。如果物體除受沖力f外還受其他力(如重力)的作用,則f就不等于F;只有其他的力比沖力小很多而忽略不計外,才可以認為f等于F。我們在解題過程中有條件地略去其他的力而只考慮沖力,跟不加分析地略去或完全不知道這些力是完全不同的。

　�、塾捎跊_力是隨時間而變化的變力,在具體問題中很難確定,而動量的改變是可測的有限值,因而經(jīng)常利用動量定理求沖量或平均沖力。

　�、軇恿縨V是矢量,它的方向跟速度的方向一致;沖量FΔt也是矢量,在Δt很小時,它的方向跟合外力的方向一致。因此在分析問題時,要注意它們的矢量性,要選定正負方向。