讓物理概念教學(xué)更簡(jiǎn)捷有效——關(guān)于“動(dòng)量”概念教學(xué)的設(shè)計(jì)

王治國(guó)

（南京市雨花臺(tái)中學(xué)，江蘇 南京 210012）

動(dòng)量是物理學(xué)中的一個(gè)重要的概念，最早是1638年伽利略在研究碰撞問(wèn)題時(shí)引入的，歷史上圍繞“動(dòng)量”概念的爭(zhēng)論歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)之久，它是許多著名的科學(xué)家經(jīng)過(guò)曲折的研究而得出的.在中學(xué)物理教學(xué)中，如何科學(xué)、簡(jiǎn)捷、有效地引入“動(dòng)量”的概念，一直是廣大物理教師研究的重要課題之一.

過(guò)去的教科書多是通過(guò)具體實(shí)例，得出Ft＝mv，直接引入“動(dòng)量”的概念；現(xiàn)行人教版教材對(duì)動(dòng)量引入的處理是在追尋“不變量”的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，由碰撞前后的mv矢量和保持不變的啟示來(lái)引出“動(dòng)量”概念的.筆者認(rèn)為后者處理方式較前者更注重了認(rèn)知規(guī)律，關(guān)注到“動(dòng)量”概念的形成的歷史過(guò)程，體現(xiàn)了在注重知識(shí)和技能目標(biāo)的同時(shí)，更關(guān)注情感、態(tài)度和價(jià)值觀方面的教育意義.但在引入“動(dòng)量”概念時(shí)卻顯得浮光掠影，過(guò)于生硬，僅僅由實(shí)驗(yàn)結(jié)果“mv保持不變”就直接引入動(dòng)量概念，缺乏相應(yīng)的邏輯性，以致于學(xué)生對(duì)“動(dòng)量”的概念的認(rèn)識(shí)過(guò)于片面和膚淺，對(duì)為什么引入“動(dòng)量”概念？“動(dòng)量”是描述什么的？為什么用mv來(lái)表示動(dòng)量，而不是用mv2、mv3…來(lái)表示動(dòng)量？等問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生一些概念質(zhì)疑.鑒于對(duì)上述問(wèn)題的深入思考以及對(duì)教材的分析，根據(jù)物理教學(xué)的邏輯和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，以培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力為突破口，筆者對(duì)“動(dòng)量”概念的教學(xué)進(jìn)行了如下嘗試.

1 為什么引入“動(dòng)量”

問(wèn)：上節(jié)課我們研究了兩個(gè)物體的碰撞問(wèn)題，下面請(qǐng)同學(xué)們說(shuō)說(shuō)，在這類問(wèn)題中物體間的相互作用有什么特征？

學(xué)生：力的作用時(shí)間短且是變化的.

引導(dǎo)：很好，這種特征我們可以用“瞬息萬(wàn)變”來(lái)描述，你能測(cè)出這種作用力的大小嗎？

學(xué)生討論.

學(xué)生1：由于瞬息萬(wàn)變，所以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律無(wú)法測(cè)量.

學(xué)生2：雖然力無(wú)法直接測(cè)量，但我們可以從碰撞中的物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化來(lái)研究.

問(wèn)：你是怎么想到用研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題的？

學(xué)生：前面我們?cè)谘芯恳恍?fù)雜的物理過(guò)程的時(shí)候，如研究變力做功的時(shí)候，我們常常是研究這個(gè)過(guò)程的始末狀態(tài).

設(shè)計(jì)意圖：在“探究碰撞中的不變量”的基礎(chǔ)上提出問(wèn)題，起到了承上啟下的作用，一方面是為了讓學(xué)生理解引入“動(dòng)量”概念的必要性，另一方面又可以培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)和方法的遷移能力，學(xué)會(huì)從多個(gè)角度認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).

2 “動(dòng)量”是描述什么的？

引導(dǎo)：這是一個(gè)很好的方法，可以把對(duì)變力的研究轉(zhuǎn)化成對(duì)狀態(tài)的研究，下面的問(wèn)題是：我們是如何描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的？

學(xué)生：用速度來(lái)描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的，速度變了，就說(shuō)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變了.

質(zhì)疑：說(shuō)的好，今天請(qǐng)大家結(jié)合上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)，重新審視一下：速度真的能全面地描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)嗎？

學(xué)生討論.

有的學(xué)生會(huì)提出實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：質(zhì)量不同的物體以相同速度碰撞時(shí)產(chǎn)生的效果不同.此時(shí)教師提出問(wèn)題：（讓學(xué)生討論）

（1）以10m/s的速度運(yùn)動(dòng)的球，能不能用頭去頂？

（2）往木板里釘釘子，一位同學(xué)是把質(zhì)量較大的鐵錘放在釘子上，另一同學(xué)是揮動(dòng)同樣的鐵錘敲釘子，它們產(chǎn)生的作用效果相同嗎？

學(xué)生討論后總結(jié).

要更科學(xué)全面地描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只看質(zhì)量或只看速度大小是不夠的，必須同時(shí)考慮質(zhì)量和速度.

設(shè)計(jì)意圖：由觀察得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和生活中熟知的典型事例，通過(guò)分析、綜合、比較、歸納等思維活動(dòng)，營(yíng)造積極的探究情境，實(shí)現(xiàn)隱性概念、前科學(xué)概念向物理概念的轉(zhuǎn)化.學(xué)生對(duì)運(yùn)動(dòng)物體作用效果的相關(guān)因素的共同屬性（與質(zhì)量和速度有關(guān)）的問(wèn)題也就迎刃而解，動(dòng)量概念的引入也就水到渠成了.這樣做的好處是，一方面為定義“動(dòng)量”的概念打下基礎(chǔ)，另一方面也能使學(xué)生感到物理概念就在生活中，從而培養(yǎng)學(xué)生善于觀察，勤于思考的習(xí)慣.

3 為什么定義“p＝m ”？

問(wèn)：既然描述物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不僅要看速度還要看質(zhì)量，那么這個(gè)完整地描述運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量應(yīng)當(dāng)與質(zhì)量和速度之間存在什么關(guān)系呢？

學(xué)生討論.

引導(dǎo)：學(xué)習(xí)了牛頓運(yùn)動(dòng)定律后，我們知道了力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，因此要了解描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量與質(zhì)量和速度的具體關(guān)系，我們可以從力的研究開(kāi)始，請(qǐng)同學(xué)們從前面所學(xué)的力的知識(shí)來(lái)探究這個(gè)物理量到底與質(zhì)量和速度之間存在什么關(guān)系？

學(xué)生活動(dòng)：討論交流、推導(dǎo).

在牛頓第二定律、運(yùn)動(dòng)學(xué)速度公式的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出：Ft＝mvt－mv0.

問(wèn)：上式說(shuō)明了什么？

學(xué)生：由于力的作用，使得mv這個(gè)量發(fā)生的改變，mv應(yīng)當(dāng)就是比較全面描述物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)的量.

引導(dǎo)：對(duì)，上節(jié)課的實(shí)驗(yàn)結(jié)果“碰撞中的物體mv矢量和是不變的”清楚地表明，mv具有一定意義，所以為了表征運(yùn)動(dòng)物體的這一特性，引入一個(gè)新的物理量——?jiǎng)恿浚叶x：運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量和速度的乘積叫動(dòng)量，即p＝mv，單位為kg·m/s.

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律，運(yùn)用演繹推理的方法得出了動(dòng)量定義，再結(jié)合上節(jié)課實(shí)驗(yàn)的結(jié)果.讓學(xué)生對(duì)“動(dòng)量”概念的認(rèn)識(shí)從感性上升到理性，不僅能知其然，而且還能知其所以然.學(xué)生在親身經(jīng)歷并體驗(yàn) “動(dòng)量”定義的探索過(guò)程中，能夠發(fā)現(xiàn)其中的方法要素，感悟其中的科學(xué)思想，進(jìn)而促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化和智能的提高.同時(shí)學(xué)生通過(guò)探究、體驗(yàn)、感悟，也能夠充分體驗(yàn)到探究過(guò)程的艱辛和樂(lè)趣，享受到合作學(xué)習(xí)的愉悅和創(chuàng)造的幸福.

4 如何理解“動(dòng)量”

思考討論1：誰(shuí)來(lái)說(shuō)說(shuō)用動(dòng)量和速度描述物理的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同之處在哪里？

學(xué)生討論交流.

歸納：（1）動(dòng)量包含了“參與運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)”與“運(yùn)動(dòng)速度”兩方面信息，反映了由這兩方面共同決定物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，具有瞬時(shí)性，是狀態(tài)量（舉例）.

（2）動(dòng)量是矢量，它的方向與速度方向相同.

思考討論2：動(dòng)量和動(dòng)能都是反映物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物理量，誰(shuí)來(lái)說(shuō)說(shuō)它們的不同之處在哪里？

學(xué)生討論交流.

歸納：（1）動(dòng)量和動(dòng)能都是描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，動(dòng)量是反映物體運(yùn)動(dòng)量的大小，它只能在機(jī)械運(yùn)動(dòng)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間轉(zhuǎn)移；動(dòng)能是反映物體由于運(yùn)動(dòng)所具有的一種做功的本領(lǐng)，它既可以通過(guò)做功來(lái)轉(zhuǎn)移機(jī)械運(yùn)動(dòng)，也可以通過(guò)做功把機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為其他形式的運(yùn)動(dòng)，如熱運(yùn)動(dòng)等.（2）動(dòng)能是標(biāo)量，動(dòng)量是矢量.動(dòng)量的方向就是物體運(yùn)動(dòng)速度的方向.（3）動(dòng)能的變化（轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化）是通過(guò)做功來(lái)量度，而動(dòng)量的變化（轉(zhuǎn)移）是通過(guò)力的時(shí)間累積來(lái)量度.

總結(jié)：綜上所述，我們用動(dòng)量來(lái)描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是比較全面的，動(dòng)量反映了運(yùn)動(dòng)物體所能產(chǎn)生的機(jī)械效果強(qiáng)弱及這個(gè)效果發(fā)生的方向.動(dòng)量的大小等于質(zhì)量與速度的乘積，動(dòng)量的方向與速度的方向一致.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)學(xué)生討論交流，幫助學(xué)生進(jìn)一步深化對(duì)動(dòng)量概念的理解.在教師的引導(dǎo)下，把動(dòng)量概念的定義、物理意義、運(yùn)算規(guī)則及與其他概念的聯(lián)系等要素綜合起來(lái)，形成關(guān)于動(dòng)量的概念體系，從而真正地掌握動(dòng)量的內(nèi)涵和外延，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生思維的廣闊性和深刻性.

以上是筆者在處理“動(dòng)量”概念時(shí)的一些做法.通過(guò)把動(dòng)量概念的認(rèn)知過(guò)程充分、合理地展示出來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生從中體會(huì)“為什么提出動(dòng)量概念、怎樣提出、從什么角度、用什么方法、如何進(jìn)一步引伸等科學(xué)方法”.在具體實(shí)施后，筆者感覺(jué)到采用這種方法簡(jiǎn)捷有效，以前那些思維斷層沒(méi)有了，學(xué)生對(duì)動(dòng)量概念的理解更自然順暢.學(xué)生不僅構(gòu)建了完整的“動(dòng)量”概念的體系，也學(xué)到了認(rèn)識(shí)和理解物理概念的方法，體驗(yàn)了學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，感悟了探究學(xué)習(xí)中的科學(xué)方法和科學(xué)思想.