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研究运动需要选取相同的标准

格式:DOC 上传日期:2015-09-16 16:52:55
研究运动需要选取相同的标准
时间:2015-09-16 16:52:55     小编:

高中物理必修 1第一章运动的描述,第二章匀变速直线运动的研究,都是关于运动学的知识.而研究物体的运动,需要选取相同标准.如比较运动快慢、速度变化快慢,都需要选取相同的比较标准,即单位时间;研究物体运动,需要选取相同参考系;判断物体运动方向,需要选取相同的正方向;比较运动状态改变的难易程度,需要选取相同的“运动状态变化”,即单位速度变化.

1选取相同的时间(单位时间)

在生活的各个角落,比较的情景随处可见,如身高、体重、学生学习成绩、工资收入、生活环境等比较.因为比较已超出物理某一门学科,成为人类常用的一种思想与方法.而在比较的过程中,我们需要选取相同的比较标准.

比较源于不同,不同促使比较.物理世界的运动快慢是不同的,这种不同促使我们比较运动的快慢,比较速度变化的快慢,并引出速度、加速度两个物理概念.

1.1比较运动快慢――速度

表1比较运动快慢时间位移A自行车30 min8 kmB汽车30 min50 kmC优秀运动员10 s100 mD某位同学13.5 s100 m我们发现,A和B、C和D可直接比较运动的快慢,因为A和B有相同的比较标准,即时间.C和D也有相同的比较标准,即位移.如果A、B与C、D比较,我们需要选取相同的比较标准,即单位时间.那么,运动的快慢可通过直接比较单位时间内的位移来得知,即引出比值定义的速度.当然,选取单位时间作为比较标准,是因为单位时间内的位移与运动快慢存在一致性(下同).

表2比较速度变化快慢初速(m/s)末速(m/s)速度变化(m/s)所用时间(s)A小汽车0282820B公共汽车0282825C火车055.655.61000我们发现,A和B可直接比较速度变化的快慢,因为有相同的比较标准,即速度变化.如果比较A和C,需要选取相同的比较标准,即单位时间.那么,速度变化快慢可直接通过比较单位时间内的速度变化来得知,从而引出加速度概念.

2选取相同的参考系

物体的运动必然以某一参考系为标准.而研究两个或两个以上物体的运动,就必须选取相同的参考系.

错误解法136 km/h=10 m/s,

死亡加速度500g=5000 m/s2,

大于5000 m/s2,所以驾驶员有生命危险.

反思对于这种错误,大部分老师在讲解时,会强调只需考虑“一辆”车的速度变化即可.这样的解释对学生来说,还隐含着一种认知冲突:如果只考虑“一辆”车的速度变化来求加速度,那么就相当于求一辆车以36 km/h撞上另一辆静止的摩托车,这种情况下解得的加速度怎么可能与相向碰撞下的加速度相等呢?因此,教师不妨暴露学生的认知冲突,通过讨论,知道两种情况下的碰撞时间是不一样.

大于5000 m/s2,所以驾驶员有生命危险.

反思这种错误的本质,在于研究运动时,没有选取相同的参考系.上式中,20是以某一辆摩托车为参考系的初速,而零恰恰是以地面为参考系的末速.如果都以某一辆摩托车为参考系,则另一辆车初速为20 m/s,末速为10 m/s,用这些数据去求加速度,同样是正确的.因此,对于这种错误,教师应该点明:研究物体的运动,必修选取相同的参考标准.

3选取相同的正方向

师:如图1所示,请问v-t图中甲与乙的加速度方向是否一致?是正向还是负向?

生:(大部分学生回答)一致,加速度方向是正向.

生:(有一位学生提出)不确定

听到这位同学提出不一样的答案,作为教师,我很兴奋,很想听听她的想法.于是就请这位学生说说为什么不一定的理由.

生:如果设向右为正方向,甲向右运动;设向左运动,而乙又向左运动,那么……

师:(由于学生表述不清楚,就请她边画边讲,并给予她足够的时间)你上台来画画图,给我们具体讲解一下你的想法.

生:(黑板上画出了图2)对于甲,向右做加速运动,设向右为正方向,符合图1中的甲.对于乙,向左做加速运动,设向左为正方向,也符合图1中的乙.而实际上,甲与乙的加速度方向是相反的.

师:(不少同学似乎也陷入迷惑)很好,你有这样的想法,说明你在积极思考.可是,这里有一个致命的错误:我们将甲与乙画在同一幅v-t图象中,是有前提的,它们必须选取相同的正方向.例如,我们生活中看时间,一般以一只钟表为准,不可能同时看两只钟表,那样时间反而会乱.如果甲与乙分别画在两幅v-t图象中,那么我赞同你的想法.这种情况下,甲与乙的加速度方向确实不一定一致.

反思在分析研究运动时,我们隐含了相同的标准:相同参考系,相同的正方向,相同的单位时间等.而这些隐含的标准,却是学生容易犯错、搞混的地方,值得同行们注意.

4选取相同的速度变化(单位速度变化)

必修1指出,描述物体惯性的物理量是它们的质量,即质量是衡量惯性大小的惟一因素.事实表明,速度越大,车越难刹住,因此不少学生存在“速度大则惯性大”的错误前概念.有些高一学生虽在初中接受了“速度与惯性无关”的结论,但也只限于知其然而不知其所以然.笔者认为,错误前概念本质上是由于没有选取相同的比较标准造成的.通过图3的情景可以说明惯性与速度无关.

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