基于物理仿真實驗室的“追擊”“相遇”問題教學(xué)設(shè)計研究

孫曉潔

（蘭州市第二十七中學(xué)，甘肅 蘭州）

隨著人們生活信息化程度的加深，信息技術(shù)對人類的生產(chǎn)、生活以及學(xué)習(xí)方式的改變都產(chǎn)生了很積極的作用。信息技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域大展拳腳，在學(xué)校教育的應(yīng)用中也越來越多樣化，尤其在實驗教學(xué)當(dāng)中表現(xiàn)得更為突出。高中物理教學(xué)中有一系列比較復(fù)雜的物理模型，它們來源于生活，但是又和生活中的現(xiàn)象并不完全相同，其中一部分物理模型是建立在理想的狀況當(dāng)中（如光滑平面，忽略空氣阻力等），現(xiàn)實生活中無法控制或者觀察，“追擊”“相遇”問題就是其中的一類典型代表。

通過在平時課堂使用仿真實驗室解決一些教學(xué)問題的嘗試，我總結(jié)并提出了以下教學(xué)設(shè)計。

【教材分析】

“追擊”“相遇”問題是人教版高中物理必修一第二章：勻變速直線運動規(guī)律的生活應(yīng)用，本節(jié)課是作為勻變速直線運動規(guī)律的總結(jié)提升而編排的，通過這一部分內(nèi)容的教學(xué)，使學(xué)生進一步鞏固勻變速運動的規(guī)律，為學(xué)習(xí)牛頓第二定律的動力學(xué)問題奠定基礎(chǔ)。

【教學(xué)目標(biāo)】

1.理解什么是“追擊”“相遇”問題；

2.掌握解決這類問題的三個關(guān)系——速度相等，時間關(guān)系，位移關(guān)系；

3.通過使用物理仿真實驗室，讓學(xué)生能夠掌握三個關(guān)系的使用方法；

4.通過一題多解、多解取優(yōu)，一題多變、多變歸一的研究方法，使學(xué)生重視模型的建立過程，問題的發(fā)散性思維；

5.通過培養(yǎng)學(xué)生使用物理仿真實驗室，培養(yǎng)學(xué)生閱讀題目、掌握關(guān)鍵信息的能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)造性解決問題的能力。

【學(xué)情分析】

學(xué)生目前已經(jīng)掌握了勻變速直線運動的規(guī)律，知道了如何解決單個物體的勻變速直線運動的方法，也會使用物理仿真實驗室進行運動模擬，為本節(jié)課的展開奠定了良好的基礎(chǔ)。但是“追擊”“相遇”問題涉及兩個物體之間的運動，對于高一的學(xué)生來說還是很難掌握的一個知識點。

【重點和難點】

教學(xué)重難點：相距最遠或相距最近臨界狀態(tài)的分析；運動過程的分析。

【教學(xué)過程】

一、引入（4 分鐘）

觀看獵豹追羚羊和汽車追尾視頻，激發(fā)學(xué)生的興趣，提出問題，思考為什么有時候獵豹可以追上羚羊，有時候不能，追上追不上的關(guān)鍵在哪里。

二、問題探究（10 分鐘）

場景一：紅色小球和綠色小球在同一位置同時出發(fā)，綠球以10m/s 的速度勻速運動，初始時刻紅球靜止，然后以2m/s2的加速度做勻加速直線運動。觀察兩小球運動過程中他們之間的間距變化與速度大小的關(guān)系。

圖1 “相遇”“追擊”問題全程分析

先讓學(xué)生觀察完整實驗過程，找到特點后，教師編輯仿真實驗，驗證同學(xué)們的研究結(jié)果的正確性。

圖2 “相遇”“追擊”問題臨界情況分析

得出結(jié)論：當(dāng)兩球速度相等時，兩小球之間的間距最大。

分析圖像，認識面積之差就是兩物體的相對位移。

三、分組討論（10 分鐘）

場景一變形進行分組討論：

（1）若開始時，綠色小球在紅色小球前面，以下情況的運動過程中，兩球能相遇嗎？若能相遇，求相遇前兩球的最大距離和相遇的次數(shù)；若不能相遇，請解釋原因。

①綠色小球在紅色小球前18m；

②綠色小球在紅色小球前25m；

③綠色小球在紅色小球前30m。

（2）若開始時，紅色小球在綠色小球前面，以下情況的運動過程中，兩球能相遇嗎？若能相遇，求相遇前兩球的最大距離和相遇的次數(shù)；若不能相遇，請解釋原因。

①紅色小球在綠色小球前18m；

②紅色小球在綠色小球前25m；

③紅色小球在綠色小球前30m。

提示：關(guān)注解答過程中的臨界條件特點。

四、實驗驗證并得出結(jié)論（10 分鐘）

規(guī)律總結(jié)：

1.用物理仿真實驗室進行運動模擬，和同學(xué)們的討論結(jié)果呼應(yīng)。

2.總結(jié)結(jié)論：

（1）初始速度小者追初始速度大者，追上前兩個物體速度相等時，有最大距離；

（2）初始速度大者追初始速度小者，追上前兩個物體速度相等時，有最小距離。

①若追擊者和被追的物體兩者速度相等時，還沒有追上，則永遠追不上，此時兩個之間有最小距離。

②若兩個速度相等時恰能追上，這就是臨界條件。

③若追擊者與被追的物體在同一位置時，追擊者速度依然大于被追物體的速度，則被追的物體將來還會有一次追上追擊者的機會，即會相遇兩次。

解題思路：

圖3 解題思路總結(jié)

五、鞏固練習(xí)（6 分鐘）

例題：在一條筆直的馬路上，有一輛小汽車靜止，此時恰好有另外一輛小汽車以6m/s 的速度從它的旁邊勻速駛過，該小汽車立即以3m/s2的加速度開始追它，求：

（1）兩輛小汽車經(jīng)過多長時間相距最遠？此時距離是多少？

（2）當(dāng)追上時，該小汽車的速度是多少？

通過教學(xué)實踐，筆者總結(jié)了基于仿真實驗室相對運動類問題的教學(xué)模型。該教學(xué)模型貫徹“做中學(xué)”的教育學(xué)理念，首先通過教師創(chuàng)設(shè)的真實情景進入課程討論的核心，通過仿真實驗室創(chuàng)設(shè)物理情景，學(xué)生上機實驗產(chǎn)生數(shù)據(jù)，通過同伴學(xué)習(xí)討論數(shù)據(jù)的特點，總結(jié)物理模型，掌握臨界條件，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下總結(jié)解題思路，練習(xí)解決問題，在問題中繼續(xù)創(chuàng)設(shè)新的情景，展開新一輪的學(xué)習(xí)。其基本流程如圖4 所示。

圖4 基于仿真實驗室的相對運動類問題教學(xué)流程