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高中物理教学案例: 从一个粉笔头的运动谈“加速度”
发布时间:2011-03-16   点击:   来源:   录入者:胡归

1.问题的产生

今年我担任高二(4)(9)(12)班的物理教学工作,其中高二(4)班为史政班,高(9)班为物生班,高二(12)班为艺术班,其基础最为薄弱。其中高二(4)、(9)要参加2010年物理学业水平测试。某天我来到12班,在引入加速度的概念时,我随手拿起一只粉笔头向上抛出并提出问题:粉笔头运动过程中的加速度是多少?学生议论纷纷

●是指抛上去还是落下来的过程?

●上升加速度朝上,下降时加速度朝下。

●上升过程速度都没增加,哪有加速度?下降才有加速度吧。

●最高点粉笔头都停下来了,肯定没有加速度。

●老师,我忘得一干二净了,全还给你了,白学了。

……

这是一群口无遮拦的学生的回答,他们不会在乎回答错了老师对他们的批评,也不奢求答出最佳答案以博得老师的赞许。这就是他们对“加速度”活生生的理解……

但我却一直在思考一个问题:为什么只要谈到加速度,学生会情不自禁地想到速度;只要谈到加速度方向,学生会自然地联想到运动方向。

 

2.加速度的常规教学方法

想想原来我的教学方法,基本上都是两种模式进行导入:

第一种是列一个如下所示的表格作为新课的引入:

运动物体

速度改变量

所用时间

单位时间内速度改变量

铅球

17m/s

0.2s

85m/s

汽车

20m/s

4s

5m/s

炮弹

250m/s

0.005s

104m/s

然后设计问题:根据表格中的信息回答下列问题:

1.哪一个速度改变量大?

2.哪一个所用时间长?

3.哪一个速度变化快?

学生讨论回答完毕,老师总结:单位时间内速度的改变量就叫加速度。然后转身在黑板上醒目地写上今天的主题:“速度变化的快慢 加速度”.

 

v/m/s

t/s

O

5

10

30

第二种是作速度-时间图像进行导入:

作出两物体的vt图像,都是匀变速直线运动,同学们从图中找一找速度随时间的变化规律。

学生:甲图中,物体的速度每5秒变化30m/s

乙图中,物体的速度每5秒变化10m/s

师:哪个物体的速度改变要快一些呢?

学生:甲物体,因为甲的速度每秒才改变6m/s

师:对,今天我们就来引入一个新概念——加速度,来描述速度改变的快慢.

这两种方式是我通常使用的教学方法,以生活中常见的物体的速度、速度的变化、速度的变化快慢来引出“加速度”,最终迫不及待地给出定义:用来描述速度变化快慢的物理是就叫加速度。然后说出加速度的矢量性,有正负之分,再进行交流与讨论,对公式进行巩固等等。

对于加速度方向问题,更是弄得学生晕头转向。教材对加速度方向的描述为“加速度也有方向,在直线运动中,通常取物体初速度 的方向为正方向,当末速度 ,加速度a为正值,表明加速度方向与初速度的方向与初速度 的方向相同,物体在加速;” 这句话我一直耿耿于怀,除了表述使你发晕之外,再找不到其它价值所在,何况还经不起推敲。

 

3.大胆尝试

加速度的教学安排在高一物理第一学期,这些刚刚从初中进入高中的学生来说,这是一个大门槛。不就是用比值定义物理量吗?初中也有,如电阻、密度等,但千万不要这样认为,初中是一个具体的物理量的比值,而高中的加速度是一个物理量变化的比值。初中是“死比值”,高中是“活比值”,初中是静态量的描述,高中是变化量的描述,单从加速度的单位就可以看出这个量不简单,不能相提并论!因此,对加速度的运动学定义式 ,高一学生已感到明显不适应,他们在具体判断加速度大小时,总习惯把加速度跟速度联起来考虑,他们甚至认为,根据定义式,加速度跟Δv成正比,跟Δt成反比。

加速度是运动学中极为抽象的概念,赵凯华先生在《新概念物理教程-力学》中明确指出:“这是人类认识史上最难建立的概念之一,也是每个初学物理的人最不易真正掌握的概念”从历史上看,伽利略是第一个提出并研究加速度概念的科学家。而这样高难度的概念呈给基础薄弱的高二艺术班学生时,实在是教学中的难点,而加速度又贯穿物理学的始终,因此又成了一个重点。针对出现的问题,我认为可以在教学过程中做了如下三点尝试:

①弱化加速度方向。加速度方向真的那么重要吗?学过了牛顿第二定律,加速度方向不言而喻。特别是对“加速运动时加速度为正、减速运动时加速度为负”等问题的讨论不要引入,否则将作茧自缚!加速度方向为合外力方向这么简单的问题,在运动学这章纠缠这么久有必要吗?为什么在刚刚开始学“加速度”概念时要这样苦苦折磨我们的学生!

②加速度的内涵远比加速度这个名字更重要。不要及早提出加速度这个名词,使学生产生负迁移。干脆就用速度的变化率(或速度的变化快慢)来代替即可。加速度的引入避免以速度变化来引入,可以用房价的变化、身高的变化、温度的变化来取代,这样更加自然,不要死死缠住速度不放。好象没有速度就定义不了加速度一样。

③引导学生尝试加速度的另类定义 来激发学生讨论兴趣,因为学生不明白定义 更具有广泛应用和优越性。学完牛顿第二定律后,学生会知道为什么速度对时间的变化来定义加速度更具有使用价值。

 

4.反思与讨论

其实,高中物理中有两个物理量的定义是很相似的,那就是感应电动势 和加速度 ,前者可以表示为磁通的变化快慢、磁通的变化率、单位时间内磁通的改变;后者同样表示速度的变化快慢、速度的变化率、单位时间内速度的改变,诸如此类,它还可以相互导出速度为零加速度不一定为零,而磁通为零感应电动势不一定为零等一系列相关的物理概念。但是前者远比后者好理解,因为它定义了一个暂新的名字——感应电动势,而不是类似于加速度的定义为“加磁通”。

再者关于加速度(acceleration)和速度(velocity)的区别,中国学生为什么对加速度的概念理解那么费力,其实一个重要原因是我国的先哲们不应该将“acceleration”翻译成“加速度”,君不见加速度(acceleration)的英文单词根本不是速度(velocity)这个单词加一个前缀复合的!即在英语里,学生们看不出(acceleration)与(velocity)有任何关系。而中文却偏偏译成了加速度!因此“加速度就是增加的速度”、“加速运动的物体才有加速度”、“加速度的方向与速度方向相同”、“加速度与速度有关”、“加速度减小速度也减小,加速度增大速度也增大”等等一系列的错误便出现在我们学生的作业中。再者,对于还没有学过牛顿二定律的中国学生来讲,出现以上错误其实是不过份的。

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