巧探关联速度问题，建立正确的运动观

游才臻

摘   要：在高中物理教学中发现：受生活经验的影响，学生对关联速度问题的理解存在一定难度，而且在常规的教学中一般只会从理论上进行合运动和分运动的关系推导，很少能通过探究实验来定量验证。基于这样的状况，利用传感器设计一个能定量验证关联速度关系的探究实验，再结合实验现象進行讲解，不仅能培养学生收集和处理科学信息的能力，还能形成尊重事实、善于质疑的科学态度，从而更好地培养学生严谨的科学态度并促成其建立正确的运动观。

关键词：运动观;关联速度;传感器;创新实验设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2021）10-0055-3

力学中经常出现关联速度问题，通常是指和绳（或杆）连接的物体在运动中速度与绳（或杆）不一致，但是还存在一定的关系，这种关系与一般意义的连接体运动有较大的差别，通常不宜采用整体法再结合牛顿运动定律求解，大多可以通过“运动效果分解”来处理，其中的教学难点主要体现在如何确定合速度与分速度上。

1    存在的易错问题

（1）受生活经验的影响，在很多学生的认知中施力物体的运动速度应该是大于受力物体的。这无疑会对关联速度问题的求解造成较大的困扰。

（2）常会认为合速度就是沿绳和杆的方向，其根本上就是把速度和合力与分力的关系弄混淆了。

如图1所示，人通过一根绳子拉船向岸边运动，人的速度始终为v，当绳子与水平方向的夹角为θ时（ ）

A.船的速度等于人的速度

B.船的速度大小始终不变

C.船的速度大小为vcosθ

D.船的速度大小为

2    自制实验仪器定量验证关系

2.1    实验装置

如图2所示，该装置包含电脑、运动传感器两个（可同步测出小车运动的位移和速度）、自制双层轨道（把一常规轨道锯成两部分，并平行上下拼接在一起）、定滑轮、两小车（替代小船和人）、细绳、直尺。

2.2    实验原理

2.3    实验步骤和结果

（1）把双层轨道摆放在水平桌面上，调整传感器的位置使其正对小车。

（3）先点击采集数据的按键，再拉动两小车运动。

（5）把两小车放回到初始位置，重复操作3和操作4。

2.4    注意事项

（1）在制作双层轨道时需要保证上下层轨道是水平平行的。

（2）实验前需把传感器调节到测量小车模式，并保证传感器到小车的距离始终大于30 cm。

（3）因两小车相对传感器的运动方向是不一致的（一个在靠近，一个在远离），这会导致测量时两小车的速度方向不一致，需要对其中任意一个速度做负号处理。

（4）在运动的过程中需用双手同时握住小车，保证小车不脱离轨道且绳子一直处于绷直状态。

3    结合实验进行教学

4    结束语

正如当年伽利略在比萨斜塔做了自由落体的实验，才从本质上否定了“重的物体下降快”的认知，通过设计和使用本实验，可以纠正学生“施力物体的运动速度总是大于受力物体”的错误观念，并为关联速度关系的理论推导提供了数据支撑，突破了运动分解中的教学难点;通过这种“发现矛盾”—“实验探究”—“理论分析”的科学探究教学模式，能较好地培养学生严谨的科学态度，将科学探究渗透于概念教学也达到了很好的课堂教学效果，促成其建立正确的运动观，有效地落实了核心素养的教学理念。

参考文献：

[1]王长才.探究力的合成与物体速度变化关联问题的创新实验设计[J].物理通报，2020（12）：94-96.

[2]魏文超.如何将“关联速度”问题讲得通俗易懂[J].高中数理化，2014（13）：91.

（栏目编辑    罗琬华）

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