對“動量守恒定律”設計實驗的再思考

陳俊愷

摘 要：在高中物理中，演示實驗是教材中最重要的組成部分之一，也是物理老師課堂教學過程中必不可少的教學環節。我們通過對演示實驗的觀察與實際操作，不僅能加深對物理理論知識的理解與記憶，還能充分拓展自身的發散思維及創新能力。動量守恒定律是貫穿高中物理學習的一個重要知識點，是學好高中物理的最基礎部分。通常在學習此定律時都要通過相應的演示實驗已驗證其客觀性。但是筆者在對此實驗進行演示后，結合自己所掌握的一些物理知識，并在物理老師的專業指導下對此實驗進行了深入思考，并發現其中存在的一些問題。本文將帶著這些問題，對動量守恒定律的演示實驗進行了重新設計，希望能對自己及其他同學的物理學習有所助益。

關鍵詞：動量守恒定律;演示實驗;思考;設計

在所學習的高中物理知識中，動量守恒定律是這些知識內容中最重要的組成部分，并且也將是貫穿整個高中物理學習中的重點與難點。只有掌握好動量守恒定律，才能為高中物理的學習打下夯實的理論基礎。在學習動量守恒定律這節課程時，物理老師經常會通過實驗對這種規律進行演示，通過實物的真實活動情況以加深我們對其中規律的理解。并且這種實驗在操作上也較為簡單，便于我們在課后進行獨立演示。但是通過對此演示實驗的實際操作，結合自己已掌握的物理理論知識，筆者通過自我思考并結合物理老師的專業指導，發現教材中的動量守恒定律演示實驗中存在一些問題。帶著這些問題，筆者經過深入思考與研究，并通過與物理老師交流，在其指導下對教材中原有的動量守恒定律演示實驗進行了重新設計。

1.存在的問題

在此演示實驗中，筆者發現其中存在的問題主要表現在三個方面：首先就是實驗結果，此演示實驗的結果在準確性上存在偏差，因為嚴格來說實驗中所使用的木板其平面應該是絕對光滑的，但在實際生活中這種絕對光滑的現象并不存在，在這點上就已經不能滿足動力守恒的相關要求;其次演示實驗的現象并不容易被觀察到，并且一些定量性的結果在獲取上也存在難度;最后就是實驗的操作過程難以調控，因為連接兩個小車的細線被剪斷之前，夾在小車之間的彈簧很可能會因為難以承受壓縮而跳脫出演示平臺。據相關調查發現，有的物理老師在此環節的設計中將原來的軌道改成了氣墊導軌，并借助了先進的儀器以輔助對實驗數據的測量和記錄，并且也取得了較好的實驗效果。但是因這些道具都較為先進，對一些較為落后的地區都很難達到這種教學條件，甚至一些教學力量極度匱乏的地區連基本的實驗條件都無法滿足，也就更不用說更先進的實驗設備了。因此在這些地區中，此演示實驗的結果的準確度以及實驗的精確性都難以達到預期，并會對此知識點的教學效果產生影響。

2.改進設計的理論依據

要在不使用先進設備加以輔助的基礎上對此演示實驗進行改進設計，首先就要重點解決兩個問題。第一就是要確保作用前后整個系統所受到的外力之和為零，這也是滿足動量守恒的最基本條件;第二就是要確保實驗更加易于操作，并能通過實驗得到準確的量化數據。通過結合所掌握的物理知識，筆者發現平拋運動就可以很好地解決這兩個問題。實驗設定兩個小球在受到力的作用前是靜止的，當受力后，兩個小球同時開始做平拋運動，并在水平方向同時開始做勻速直線運動，這是在水平方向上的動量是守恒的，其合力為零，因此平拋運動就能解決第一個問題。而假如兩個小球在受力后同時從同一高度進行平拋運動，其運動時間就是相等的，通過使用相關公式進行計算可知，其在水平方向上的位移就可以作為動量守恒的量化數據，并且極為準確。

3.實驗設計

3.1實驗器材

平臺，等質量紅色小球2個，等質量綠色小球2個，且紅綠色小球質量不等，細線，兩端都配有擋板的彈簧;刻度尺;白紙;復寫紙

3.2實驗方案

首先應將準備好的實驗器材進行組裝，將細線穿過彈簧兩側擋板的中心并將彈簧進行壓縮，要確保與彈簧兩側的擋板相接觸的小球剛好都處于平臺的邊緣位置，隨后將裝置好的平臺放置于實驗臺上，并在平臺兩側分別鋪上白紙和復寫紙（注：白紙應在復寫紙下方以記錄小球落下的位置）。

3.3具體操作

在彈簧兩端放好紅色小球，迅速剪斷細線使兩個小球在彈簧彈力的作用下開始做平拋運動，用刻度尺測量好分別記錄好兩小球落地后其接觸點與平臺兩側側壁的水平距離為S1、S2，，將小球換成綠色后再次重復上述實驗，并記錄水平距離。

4.具體實施環節

在對實驗進行改進后，在物理老師的指導下通過將班級學生進行分組，使同學們都參與到此實驗的實際操作過程中。首先在課下協助好物理老師準備好實驗所需的全部器材，在老師結束對動力守恒定律中所涉及到的相關物理學知識的講授后，并講清演示實驗中同學們所需注意的一些事項，就可以安排同學們對實驗中存在的問題進行分組探討。各組學生在相互配合下共同完成對此演示實驗的共同操作，并根據記錄所得出的定量數據對動量守恒定律進行驗證。

結束語

通過這種深入的思考并結合實際的實踐操作，筆者不僅對所學過的物理知識進行了再次掌握，并更加深入理解并掌握了這些知識之間存在的聯系。而且這種理解上的深入也提升了筆者在日常生活中對物理知識的運用能力。之前在學習物理知識的過程中，一直不能對實驗進行重視，導致自己總是不能理解老師在課堂上的授課意圖，也不能對所學到的知識進行融會貫通，更不能親自動手實驗。但是這種對教材實驗的在思考就能極大改善這種現象，通過這種方式不僅可以拓寬我們的發散思維，還能提升我們的創新能力，對今后的學習也必將大有助益。

參考文獻

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