基于AVM平台的虚拟物理实验的设计与开发*
——以验证动量守恒定律为例

2016-11-25 08:52肖芳陈国军郭杰荣

中国教育技术装备 2016年18期

关键词：实验者动量中学物理

◆肖芳陈国军郭杰荣

◆肖芳陈国军郭杰荣

以中学物理实验“验证动量守恒定律”为例，详细说明基于AVM平台的虚拟实验的开发过程，以促进基于AVM平台虚拟实验室的发展和应用。

AVM平台；虚拟实验；中学物理；动量守恒定律

1 问题的提出

中学物理实验在物理教学中占有举足轻重的地位。从我国中学物理实验现状来看，实验器材不足、实验的趣味性不强、实验开出率低是大部分中学尤其是农村中学普遍存在的现象。与传统实验教学相比，基于AVM平台的虚拟实验教学能降低实验成本，突破传统教学模式中时间及地点的限制，开发效率高，具有良好的交互性，轻松实现资源共享，有利于学习者的自主学习及合作学习。因此，基于AVM的虚拟中学物理实验室的设计与开发很有意义。本文以中学物理实验“验证动量守恒定律”为例，较为详细地说明基于AVM平台的虚拟实验的开发过程，以促进基于AVM平台虚拟实验室的发展和应用。

2 基于AVM平台的虚拟物理实验的设计

在本研究中，主要以中学物理实验“验证动量守恒定律”为例。实验主要仪器包括斜槽轨道、气垫导轨、电脑计数器、气泵、天平等。动量守恒适用条件：

条件一，系统不受外力或系统所受的外力的合力为零；

条件二，系统所受外力的合力虽不为零，但比系统内力小得多；

条件三，系统所受外力的合力虽不为零，但在某个方向上的分力为零，则在该方向上系统的总动量保持不变，也就是分动量守恒。

该虚拟实验要能使实验者获取数据并准确验证动量守恒定律，在验证过程中能够很好地实现人机交互，以保证实验的趣味性，激发实验者的学习兴趣；还要保证能够在低配置的计算机上运行，以符合大众需求。基本的数据包括：斜面下滑碰撞时，能够得到小球从斜面下滑，然后发生碰撞后下落到地面的高度、时间、滑动的距离、碰撞前的初速度大小方向、碰撞后速度的大小方向等；水平面碰撞时，能够自定义两小球质量大小、初速度大小方向等，能够得到两小球的末速度大小方向。

3 基于AVM平台的虚拟中学物理实验的框架设计

该虚拟物理实验主要分为四大模块：推理过程、实验验证、原理运用、习题巩固。

推理过程主要是演示动量守恒定律的原理、公式的推理过程，让实验者在实验之前了解动量守恒定律公式的由来。

实验验证主要是验证动量守恒定律的正确性，包括两大实验以及各种实验结果的对比：小球从光滑斜面下滑碰撞实验，让实验者自定义控制光滑斜面中将要发生碰撞的两小球的质量大小，并获得它们下落到地上的末速度大小，碰后运动的水平距离、下落的高度、下落的时间等，从这些条件来验证动量守恒定律公式的正确性；两小球在光滑水平面上碰撞实验，让实验者控制光滑水平面中将要发生碰撞的两小球质量的大小、初速度的大小和方向（负值为反方向），并获得它们碰撞后的速度大小和方向等，从这些条件来验证动量守恒定律公式的正确性；结果对比展示，让实验者观察刚才实验中，不同条件下两小球发生碰撞后的不同结果，从而更加形象、准确地掌握动量守恒定律。

原理运用主要是以动量守恒定律来解释生活中的各种现象，了解动量守恒定律在现实生活中的应用，加深对动量守恒定律的理解，激发学生的学习兴趣。

习题巩固主要是进一步加深对动量守恒定律的掌握，让实验者以做题的形式掌握动量守恒定律的适用范围、相关题型等。