基于物理仿真實驗室的“追擊”“相遇”問題教學設計研究

孫曉潔

（蘭州市第二十七中學，甘肅 蘭州）

隨著人們生活信息化程度的加深，信息技術對人類的生產、生活以及學習方式的改變都產生了很積極的作用。信息技術已經在各個領域大展拳腳，在學校教育的應用中也越來越多樣化，尤其在實驗教學當中表現得更為突出。高中物理教學中有一系列比較復雜的物理模型，它們來源于生活，但是又和生活中的現象并不完全相同，其中一部分物理模型是建立在理想的狀況當中（如光滑平面，忽略空氣阻力等），現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問題的嘗試，我總結并提出了以下教學設計。

【教材分析】

“追擊”“相遇”問題是人教版高中物理必修一第二章：勻變速直線運動規律的生活應用，本節課是作為勻變速直線運動規律的總結提升而編排的，通過這一部分內容的教學，使學生進一步鞏固勻變速運動的規律，為學習牛頓第二定律的動力學問題奠定基礎。

【教學目標】

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系——速度相等，時間關系，位移關系；

3.通過使用物理仿真實驗室，讓學生能夠掌握三個關系的使用方法；

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

5.通過培養學生使用物理仿真實驗室，培養學生閱讀題目、掌握關鍵信息的能力，培養學生嚴謹的科學態度、創造性解決問題的能力。

【學情分析】

學生目前已經掌握了勻變速直線運動的規律，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，為本節課的展開奠定了良好的基礎。但是“追擊”“相遇”問題涉及兩個物體之間的運動，對于高一的學生來說還是很難掌握的一個知識點。

【重點和難點】

教學重難點：相距最遠或相距最近臨界狀態的分析；運動過程的分析。

【教學過程】

一、引入（4 分鐘）

觀看獵豹追羚羊和汽車追尾視頻，激發學生的興趣，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，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系。

圖1 “相遇”“追擊”問題全程分析

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

圖2 “相遇”“追擊”問題臨界情況分析

得出結論：當兩球速度相等時，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；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；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：關注解答過程中的臨界條件特點。

四、實驗驗證并得出結論（10 分鐘）

規律總結：

1.用物理仿真實驗室進行運動模擬，和同學們的討論結果呼應。

2.總結結論：

（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

五、鞏固練習（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）兩輛小汽車經過多長時間相距最遠？此時距離是多少？

（2）當追上時，該小汽車的速度是多少？

通過教學實踐，筆者總結了基于仿真實驗室相對運動類問題的教學模型。該教學模型貫徹“做中學”的教育學理念，首先通過教師創設的真實情景進入課程討論的核心，通過仿真實驗室創設物理情景，學生上機實驗產生數據，通過同伴學習討論數據的特點，總結物理模型，掌握臨界條件，學生在教師的指導下總結解題思路，練習解決問題，在問題中繼續創設新的情景，展開新一輪的學習。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流程