利用非常規(guī)實驗進行慣性定律教學的方法思路

郭繼成

高中物理實驗可分為兩大類，第一類是教材安排的演示實驗、學生實驗，簡稱為“常規(guī)實驗”；第二類是指為了幫助學生認識、建立物理概念和規(guī)律，教師有意選擇和利用實驗室器材或?qū)嶒炇抑獾钠渌牧?、物品和器具等資源研發(fā)自制的實驗器具，開展的物理教學活動，簡稱為“非常規(guī)物理實驗”。

一、非常規(guī)物理實驗的內(nèi)涵

非常規(guī)物理實驗，是指有目的地選擇和利用實驗室器材或?qū)嶒炇抑獾奈锲烽_展物理實驗活動。其中，實驗室之外的物品主要指學生熟悉的易得物品。非常規(guī)物理實驗也指選擇利用環(huán)境中非專門化的物質(zhì)手段，不按固定方法或形式，人為控制條件、有目的實施觀察與探索物理規(guī)律的實驗教學活動。非常規(guī)物理實驗常常為達到某種教學目的而采取靈活與簡便的方法與形式使實驗過程體現(xiàn)自創(chuàng)性、體驗性、趣味性、簡易性。也可以把非教材安排的實驗內(nèi)容、實驗方法和實驗技巧統(tǒng)稱為非常規(guī)實驗。

二、利用非常規(guī)物理實驗引出慣性定律

教師演示有關(guān)慣性的非常規(guī)物理實驗：

1.播放記錄高速運動的汽車上掉下的小球相對地面運動軌跡的視頻。2.打一摞棋子最下面的一個，其他未動；快速打出兩個嘴對嘴的啤酒瓶中所夾的紙條，啤酒瓶不倒；快速彈出杯子上的硬紙卡，硬紙卡上的雞蛋落進杯中；播放汽車抽桌布這個小實驗大制作的視頻。3.學生說出生活中類似的事例及現(xiàn)象：潑水、射箭、跳遠、扔手榴彈等。引導學生對物體進行受力分析和運動分析，思考為什么速度方向不受力，物體卻仍可以保持這種運動，你能總結(jié)出這是因為物體具有什么性質(zhì)，這種性質(zhì)跟物體的什么因素有關(guān)。

針對學生對慣性與速度有關(guān)（如汽車跑得越快越不容易停下來）的錯誤認識，可以利用反證法解決，即：如果結(jié)論成立，速度小則慣性也應該小，速度為零也就沒有慣性了。這與學生自己動手操作的非常規(guī)物理實驗（打一摞棋子最下面的一個，其他未動；快速打下兩個嘴對嘴的啤酒瓶中所夾的紙條，啤酒瓶不倒等等）矛盾，因為這類實驗說明了靜止的物體也有慣性，慣性是物體的固有屬性，與速度無關(guān)。通過操作將紙條從空啤酒瓶中打出比重啤酒瓶打出的易倒等非常規(guī)物理實驗，說明慣性與物體的質(zhì)量有關(guān)。

通過這些有關(guān)慣性的非常規(guī)物理實驗，既激發(fā)了學生的學習熱情，又加深了學生對慣性概念（物體保持運動狀態(tài)不變的特性）的認識，明確了慣性的特點，即慣性是物體的固有屬性（只由物體的質(zhì)量這唯一因素決定，與物體的運動狀態(tài)和受力情況無關(guān)）。

三、應用慣性定律解釋有關(guān)慣性的非常規(guī)物理實驗現(xiàn)象

講解了慣性的存在和特點后，總結(jié)出慣性定律并要求學生利用慣性定律解釋下面兩個非常規(guī)物理實驗的現(xiàn)象。

實驗一：結(jié)合生活中熟悉的乘車體驗，解釋人在公交車里，當啟動車時，人為什么向后傾？當剎車時，人為什么向前傾？

在保證安全的條件下，學生如果能在課后穿上旱冰鞋親自體驗一下這個有關(guān)慣性的非常規(guī)物理實驗，要比教材中描述的“當汽車突然啟動時我們的身體會向后仰，當汽車突然停止時，我們的身體會向前傾”更讓人難忘。另外，這也是一種將不利因素轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣蛩氐姆独Ｓ捎趹T性的存在，常常給乘車者造成麻煩，而且引發(fā)了許多交通事故，而這個實例卻是在乘車時利用了慣性。這可在一定程度上啟發(fā)學生，許多不利因素也是可以利用的。

實驗二： 播放氣體慣性的視頻，解釋在汽車啟動時為什么掛在車里的重氣球會向后飄，而懸在空中的輕氣球卻向前飄？

重的氣球向后飄，與當汽車突然啟動時我們的身體會向后仰的道理是一樣的，學生往往對輕的氣球向前飄這個現(xiàn)象感到新奇。教師可以讓每個學生都帶來一個幾乎裝滿水只留一點空氣的密閉飲料瓶，放在水平桌面上，將飲料瓶由靜止向某一方向拉，觀察水中的空氣泡居然是跟著走的。義務教育《物理課程標準》明確指出：“使用飲料瓶等日常用品進行物理實驗，既可以拉近物理學與生活的距離，讓學生深切地感受到科學的真實性，又補充了課程資源，有利于增強學生的創(chuàng)新意識。”

四、說一說慣性的應用和防止

慣性的利用：射擊、滑雪、踢球、衣服撣塵、套緊錘頭等。

慣性的弊端：超載時容易引發(fā)交通事故；跳起來也無法利用地球的自轉(zhuǎn)免費旅行等。

高中學生在學習中的收獲往往是與實驗儀器的復雜程度成反比的。如果把學生身邊的材料、物品盡可能利用起來開展非常規(guī)物理實驗探究，就會使學生從實踐中得到他們需要的種種經(jīng)驗，而這種感性經(jīng)驗越是多種多樣，學生就越能發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象中最本質(zhì)的東西，也容易把學到的新的科學原理應用于生活，并最終解釋過去理解不了的事情，最終實現(xiàn)外在知識的內(nèi)化、心智技能與操作技能雙提高的目的。