动量概念教学的思考

动量概念教学的思考宁波市镇海区中兴中学王海岳邮编315201动量是物理学中一个重要概念,教学中如何引入动量概念以及对动量概念的教学是需要研究的一个问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。很多教师及一些优秀 教案 中职数学基础模块教案 下载北师大版¥1.2次方程的根与系数的关系的教案关于坚持的教案初中数学教案下载电子教案下载 ,在引入动量概念时,都动了很多脑筋,大多从作用效果入手,下面例举有代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 性三例:1、飞来的足球会去用头顶,飞来的铅球会去用头顶吗?而体育课你又非常愿意帮助体育老师把其他同学扔出的铅球拣回来。2、铁榔头打粉笔头,粉笔头易碎,做一个泡沫榔头打粉笔头,只有当泡沫榔头的速度很大时,粉笔头才可能碎。3、玩具手枪子弹发给学生,学生会仔细观察。然后老师举起上了膛的玩具手枪对准学生装着要开枪,学生用手捂脸,感到怕。等等以上三例具有普遍性,教师设法通过学生生活中的经验和生动的实验得出:“力的作用效果”与质量有关,与速度有关,质量与速度乘积越大,作用效果越明显。从而提出:动量的概念正是描述“力的作用效果”的物理量,以期达到学生对动量概念快速、生动、直观理解的目的。本人认为以上在引入动量概念时,有几点值得商议:1、对作用效果有些夸大,扭曲了动量本身的含义。从历史的发展来看,动量(Momentum)是描述物体“运动量”的一个物理量,动量的概念以一个描述“物体的运动量”的概念被提出。这在牛顿所著的“自然哲学的数学原理”一书中也是这样描述的:定义:运动的量是运动的度量,可由速度和物质的量共同求出。整体的运动是所有部分运动的总和。因此,速度相等而物质量加倍的物体,其运动量加倍;若其速度也加倍,则运动量加到四倍。1推论:由指向同一方向的运动的和以及由相反方向的运动的差,所得的运动的量在物体间相互作用中保持不变。2上面例举的实验夸大了作用效果,动量概念走味了,歪曲了,实际上动量与作用效果并不相同。例如:一粒橡皮子弹和一粒铝制子弹具有相同的尺寸、速度和质量,它们都射向一段木头,问哪一粒子弹把木头打翻的可能性大?哪一粒子弹最有可能损坏这段木头?显然,上面讲的是两种不同的作用效果,其答案也不同,前者是椽皮子弹,后者却是铝制子弹,但他们的动量却是相同的。2、逻辑推理不够严谨质量越大、速度越大,产生的作用效果越大,并不能很好说明动量的定义一定要用质量与速度乘积表示。学生肯定会想为什么不用质量与速度的平方乘积表示或用质量的平方与速度乘积等等表示,对动量概念的定义会提出质疑。3、关于物理实验 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的原则我认为物理实验设计的原则应体现科学性、简单性、环保性、人文性等原则。可以说明动量概念的实验很多,用铁榔头打粉笔头,不符合环保性原则。举起上了膛的玩具手枪对准学生装着要开枪更是教学中应避免的。1自然哲学之数学原理宇宙体系(武汉出版社,1992年5月第1版)第1页2自然哲学之数学原理宇宙体系(武汉出版社,1992年5月第1版)第17页4、关于动量概念的矢量性教学上述例举的实验或现象不能体现动量概念的矢量性,而动量概念的矢量性恰恰是动量概念教学的重点和难点之一。下文介绍一例国外动量概念的教学。节选美国某一物理讲义,以飨读者:3Momentum:(动量)Atthispoint,weintroducesomefurtherconceptsthatwillproveusefulindescribingmotion.Thefirstofthese,momentum,wasactuallyintroducedbytheFrenchscientistandphilosopherDescartesbeforeNewton.Descartes'ideaisbestunderstoodbyconsideringasimpleexample:thinkfirstaboutsomeone(weighingsay45kg)standingmotionlessonhighquality(frictionless)rollerskatesonalevelsmoothfloor.A5kgmedicineballisthrowndirectlyatherbysomeonestandinginfrontofher,andonlyashortdistanceaway,sothatwecantaketheball'sflighttobeclosetohorizontal.Shecatchesandholdsit,andbecauseofitsimpactbeginstorollbackwards.Noticewe'vechosenherweightsothat,conveniently,sheplustheballweighjusttentimeswhattheballweighsbyitself.Whatisfoundondoingthisexperimentcarefullyisthatafterthecatch,sheplustheballrollbackwardsatjustone-tenththespeedtheballwasmovingjustbeforeshecaughtit,soiftheballwasthrownat5meterspersecond,shewillrollbackwardsatone-halfmeterpersecondafterthecatch.Itistemptingtoconcludethatthe"totalamountofmotion"isthesamebeforeandafterhercatchingtheball,sinceweendupwithtentimesthemassmovingatone-tenththespeed.(译文:在这一课中,我们要进一步介绍几个描述运动的概念,首先是由牛顿前法国科学家、哲学家笛卡尔引入的动量,笛卡尔关于动量的概念可由下面实例作简明阐述:设想一人(m=45Kg)静止站在光滑水平面的滑板车上,站在对面很近的另一人将一质量为5kg的实心球直接投向她,这样我们可以认为球是水平飞来的,由于球的作用力,她接到球后向后滑动,注意这里我们为了方便选择人的质量与球的质量之和刚为球质量的10倍,实验表明,她和球一起刚以接住前球速率的1/10向后运动,假设球的速率为5m/s,她接住球后将以0.5m/s的速率后退,通过这个实验可得,她接到球前后“运动量的总和”是相同的结论。)ConsiderationsandexperimentslikethisledDescartestoinventtheconceptof"momentum",meaning"amountofmotion",andtostatethatforamovingbodythemomentumwasjusttheproductofthemassofthebodyanditsspeed.Momentumistraditionallylabeledbytheletterp,sohisdefinitionwas:momentum=p=mv(译文:按上面的思考和实验,笛卡尔提出了“动量”的概念,即“运动的量”。一个运动的物体动量大小由质量和速率引起,用字母p表示,p=mv。)Itisthenobviousthatintheabovescenarioofthewomancatchingthemedicineball,total"momentum"isthesamebeforeandafterthecatch.Initially,onlytheballhadmomentum,anamount5x5=25insuitableunits.Afterthecatch,thereisatotalmassof50kgmovingataspeedof0.5meterspersecond,sothefinalmomentumis0.5x50=25,thetotalfinalamountisequaltothetotalinitialamount.Wehavejustinventedthesefigures,ofcourse,buttheyreflectwhatisobservedexperimentally.(译文:上面的情景明显可得,这个女人接住实心球前后总“动量”是相同的,最初只有球有动量,总量是5?5=25个单位,接住实心球后,总质量为50kg,速度为0.5m/s,这样最后的动量为0.5?50=25个单位,末状态的总动量与初状态3参见的总动量相等,我们只是设想了上面的一些数据,当然,它反映了实验的基本规律。)Thereishoweveraproblemhere--obviouslyonecanimaginecollisionsinwhichthe"totalamountofmotion",asdefinedabove,isdefinitelynotthesamebeforeandafter.Whatabouttwopeopleonrollerskates,ofequalweight,comingdirectlytowardseachotheratequalbutoppositevelocities---andwhentheymeettheyputtheirhandstogetherandcometoacompletehalt?Clearlyinthissituationtherewasplentyofmotionbeforethecollisionandnoneafterwards,sothe"totalamountofmotion"definitelydoesn'tstaythesame!Inphysicslanguage,itis"notconserved".Descarteswashunguponthisproblemalongtime,butwasrescuedbyaDutchman,ChristianHuygens,whopointedoutthattheproblemcouldbesolvedinaconsistentfashionifonedidnotinsistthatthe"quantityofmotion"bepositive.(译文:然而按上面碰撞中“运动总量”的定义明显有一个问题,在光滑的水平面上有两个质量相同的人以相同的速率相向运动,相遇时他们的双手接触,他们都将完全停止。很明显,对于上述过程在碰撞前有一定的动量,而碰撞后动量为零,这样,碰撞前、后动量不相等,用物理语言讲“不守恒”。笛卡尔被这一问题难住了很长一段时间,直到被荷兰物理学家惠更斯解决,惠更斯指出,如果我们不坚持认为“运动总量”是正的,那么问题就能得到很好的解决。)Inotherwords,ifsomethingmovingtotherightwastakentohavepositivemomentum,thenoneshouldconsidersomethingmovingtothelefttohavenegativemomentum.Withthisconvention,twopeopleofequalmasscomingtogetherfromoppositedirectionsatthesamespeedwouldhavetotalmomentumzero,soiftheycametoacompletehaltaftermeeting,asdescribedabove,thetotalmomentumbeforethecollisionwouldbethesameasthetotalafter---thatis,zero---andmomentumwouldbeconserved.Ofcourse,inthediscussionabovewearerestrictingourselvestomotionsalongasingleline.ItshouldbeapparentthattogetadefinitionofmomentumthatisconservedincollisionswhatHuygensreallydidwastotellDescartesheshouldreplacespeedbyvelocityinhisdefinitionofmomentum.Momentum=Mass?Velocity……(译文:换一句话说,如果我们把向右运动的物体“动量”当作正,那么我们应该认为向左运动的物体“动量”为负。有了这样的约定,两个相同质量的人以相同的速率相向运动,它们的总动量为零,如上描述,当它们相遇时它们完全停止,这样在碰撞前、后动量相等,都有为零,动量守恒。当然,在上面讨论中,我们只限制在一条直线上运动,很明显,惠更斯告诉笛卡尔,要给出一个在碰撞中守恒的“动量”的确切定义,在原来的“动量”定义式中应该用速度代替速率。动量=质量?速度。)……动量是一个描述物体在碰撞中“守恒”的物体的运动量被提出的,上面的描述和实验很好地体现了人们对物理概念历史的认识过程,给出了“动量”的确切定义,动量概念的矢量性也得到了突破性的体现。物理概念是在人们对客观世界的认识过程中创立的,是对客观世界的正确描述,在我们的教学中应注意这一物理思想的体现,做到对物理概念科学的、历史的、人文的教学,并辅以生动的、有趣的实验,体现物理教学中科学与人文结合。