利用非常规实验进行惯性定律教学的方法思路

郭继成

高中物理实验可分为两大类，第一类是教材安排的演示实验、学生实验，简称为“常规实验”；第二类是指为了帮助学生认识、建立物理概念和规律，教师有意选择和利用实验室器材或实验室之外的其他材料、物品和器具等资源研发自制的实验器具，开展的物理教学活动，简称为“非常规物理实验”。

一、非常规物理实验的内涵

非常规物理实验，是指有目的地选择和利用实验室器材或实验室之外的物品开展物理实验活动。其中，实验室之外的物品主要指学生熟悉的易得物品。非常规物理实验也指选择利用环境中非专门化的物质手段，不按固定方法或形式，人为控制条件、有目的实施观察与探索物理规律的实验教学活动。非常规物理实验常常为达到某种教学目的而采取灵活与简便的方法与形式使实验过程体现自创性、体验性、趣味性、简易性。也可以把非教材安排的实验内容、实验方法和实验技巧统称为非常规实验。

二、利用非常规物理实验引出惯性定律

教师演示有关惯性的非常规物理实验：

1.播放记录高速运动的汽车上掉下的小球相对地面运动轨迹的视频。2.打一摞棋子最下面的一个，其他未动；快速打出两个嘴对嘴的啤酒瓶中所夹的纸条，啤酒瓶不倒；快速弹出杯子上的硬纸卡，硬纸卡上的鸡蛋落进杯中；播放汽车抽桌布这个小实验大制作的视频。3.学生说出生活中类似的事例及现象：泼水、射箭、跳远、扔手榴弹等。引导学生对物体进行受力分析和运动分析，思考为什么速度方向不受力，物体却仍可以保持这种运动，你能总结出这是因为物体具有什么性质，这种性质跟物体的什么因素有关。

针对学生对惯性与速度有关（如汽车跑得越快越不容易停下来）的错误认识，可以利用反证法解决，即：如果结论成立，速度小则惯性也应该小，速度为零也就没有惯性了。这与学生自己动手操作的非常规物理实验（打一摞棋子最下面的一个，其他未动；快速打下两个嘴对嘴的啤酒瓶中所夹的纸条，啤酒瓶不倒等等）矛盾，因为这类实验说明了静止的物体也有惯性，惯性是物体的固有属性，与速度无关。通过操作将纸条从空啤酒瓶中打出比重啤酒瓶打出的易倒等非常规物理实验，说明惯性与物体的质量有关。

通过这些有关惯性的非常规物理实验，既激发了学生的学习热情，又加深了学生对惯性概念（物体保持运动状态不变的特性）的认识，明确了惯性的特点，即惯性是物体的固有属性（只由物体的质量这唯一因素决定，与物体的运动状态和受力情况无关）。

三、应用惯性定律解释有关惯性的非常规物理实验现象

讲解了惯性的存在和特点后，总结出惯性定律并要求学生利用惯性定律解释下面两个非常规物理实验的现象。

实验一：结合生活中熟悉的乘车体验，解释人在公交车里，当启动车时，人为什么向后倾？当刹车时，人为什么向前倾？

在保证安全的条件下，学生如果能在课后穿上旱冰鞋亲自体验一下这个有关惯性的非常规物理实验，要比教材中描述的“当汽车突然启动时我们的身体会向后仰，当汽车突然停止时，我们的身体会向前倾”更让人难忘。另外，这也是一种将不利因素转变为有利因素的范例。由于惯性的存在，常常给乘车者造成麻烦，而且引发了许多交通事故，而这个实例却是在乘车时利用了惯性。这可在一定程度上启发学生，许多不利因素也是可以利用的。

实验二： 播放气体惯性的视频，解释在汽车启动时为什么挂在车里的重气球会向后飘，而悬在空中的轻气球却向前飘？

重的气球向后飘，与当汽车突然启动时我们的身体会向后仰的道理是一样的，学生往往对轻的气球向前飘这个现象感到新奇。教师可以让每个学生都带来一个几乎装满水只留一点空气的密闭饮料瓶，放在水平桌面上，将饮料瓶由静止向某一方向拉，观察水中的空气泡居然是跟着走的。义务教育《物理课程标准》明确指出：“使用饮料瓶等日常用品进行物理实验，既可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，又补充了课程资源，有利于增强学生的创新意识。”

四、说一说惯性的应用和防止

惯性的利用：射击、滑雪、踢球、衣服掸尘、套紧锤头等。

惯性的弊端：超载时容易引发交通事故；跳起来也无法利用地球的自转免费旅行等。

高中学生在学习中的收获往往是与实验仪器的复杂程度成反比的。如果把学生身边的材料、物品尽可能利用起来开展非常规物理实验探究，就会使学生从实践中得到他们需要的种种经验，而这种感性经验越是多种多样，学生就越能发现这些现象中最本质的东西，也容易把学到的新的科学原理应用于生活，并最终解释过去理解不了的事情，最终实现外在知识的内化、心智技能与操作技能双提高的目的。