基于物理仿真实验室的“追击”“相遇”问题教学设计研究

孙晓洁

（兰州市第二十七中学，甘肃 兰州）

随着人们生活信息化程度的加深，信息技术对人类的生产、生活以及学习方式的改变都产生了很积极的作用。信息技术已经在各个领域大展拳脚，在学校教育的应用中也越来越多样化，尤其在实验教学当中表现得更为突出。高中物理教学中有一系列比较复杂的物理模型，它们来源于生活，但是又和生活中的现象并不完全相同，其中一部分物理模型是建立在理想的状况当中（如光滑平面，忽略空气阻力等），现实生活中无法控制或者观察，“追击”“相遇”问题就是其中的一类典型代表。

通过在平时课堂使用仿真实验室解决一些教学问题的尝试，我总结并提出了以下教学设计。

【教材分析】

“追击”“相遇”问题是人教版高中物理必修一第二章：匀变速直线运动规律的生活应用，本节课是作为匀变速直线运动规律的总结提升而编排的，通过这一部分内容的教学，使学生进一步巩固匀变速运动的规律，为学习牛顿第二定律的动力学问题奠定基础。

【教学目标】

1.理解什么是“追击”“相遇”问题；

2.掌握解决这类问题的三个关系——速度相等，时间关系，位移关系；

3.通过使用物理仿真实验室，让学生能够掌握三个关系的使用方法；

4.通过一题多解、多解取优，一题多变、多变归一的研究方法，使学生重视模型的建立过程，问题的发散性思维；

5.通过培养学生使用物理仿真实验室，培养学生阅读题目、掌握关键信息的能力，培养学生严谨的科学态度、创造性解决问题的能力。

【学情分析】

学生目前已经掌握了匀变速直线运动的规律，知道了如何解决单个物体的匀变速直线运动的方法，也会使用物理仿真实验室进行运动模拟，为本节课的展开奠定了良好的基础。但是“追击”“相遇”问题涉及两个物体之间的运动，对于高一的学生来说还是很难掌握的一个知识点。

【重点和难点】

教学重难点：相距最远或相距最近临界状态的分析；运动过程的分析。

【教学过程】

一、引入（4 分钟）

观看猎豹追羚羊和汽车追尾视频，激发学生的兴趣，提出问题，思考为什么有时候猎豹可以追上羚羊，有时候不能，追上追不上的关键在哪里。

二、问题探究（10 分钟）

场景一：红色小球和绿色小球在同一位置同时出发，绿球以10m/s 的速度匀速运动，初始时刻红球静止，然后以2m/s2的加速度做匀加速直线运动。观察两小球运动过程中他们之间的间距变化与速度大小的关系。

图1 “相遇”“追击”问题全程分析

先让学生观察完整实验过程，找到特点后，教师编辑仿真实验，验证同学们的研究结果的正确性。

图2 “相遇”“追击”问题临界情况分析

得出结论：当两球速度相等时，两小球之间的间距最大。

分析图像，认识面积之差就是两物体的相对位移。

三、分组讨论（10 分钟）

场景一变形进行分组讨论：

（1）若开始时，绿色小球在红色小球前面，以下情况的运动过程中，两球能相遇吗？若能相遇，求相遇前两球的最大距离和相遇的次数；若不能相遇，请解释原因。

①绿色小球在红色小球前18m；

②绿色小球在红色小球前25m；

③绿色小球在红色小球前30m。

（2）若开始时，红色小球在绿色小球前面，以下情况的运动过程中，两球能相遇吗？若能相遇，求相遇前两球的最大距离和相遇的次数；若不能相遇，请解释原因。

①红色小球在绿色小球前18m；

②红色小球在绿色小球前25m；

③红色小球在绿色小球前30m。

提示：关注解答过程中的临界条件特点。

四、实验验证并得出结论（10 分钟）

规律总结：

1.用物理仿真实验室进行运动模拟，和同学们的讨论结果呼应。

2.总结结论：

（1）初始速度小者追初始速度大者，追上前两个物体速度相等时，有最大距离；

（2）初始速度大者追初始速度小者，追上前两个物体速度相等时，有最小距离。

①若追击者和被追的物体两者速度相等时，还没有追上，则永远追不上，此时两个之间有最小距离。

②若两个速度相等时恰能追上，这就是临界条件。

③若追击者与被追的物体在同一位置时，追击者速度依然大于被追物体的速度，则被追的物体将来还会有一次追上追击者的机会，即会相遇两次。

解题思路：

图3 解题思路总结

五、巩固练习（6 分钟）

例题：在一条笔直的马路上，有一辆小汽车静止，此时恰好有另外一辆小汽车以6m/s 的速度从它的旁边匀速驶过，该小汽车立即以3m/s2的加速度开始追它，求：

（1）两辆小汽车经过多长时间相距最远？此时距离是多少？

（2）当追上时，该小汽车的速度是多少？

通过教学实践，笔者总结了基于仿真实验室相对运动类问题的教学模型。该教学模型贯彻“做中学”的教育学理念，首先通过教师创设的真实情景进入课程讨论的核心，通过仿真实验室创设物理情景，学生上机实验产生数据，通过同伴学习讨论数据的特点，总结物理模型，掌握临界条件，学生在教师的指导下总结解题思路，练习解决问题，在问题中继续创设新的情景，展开新一轮的学习。其基本流程如图4 所示。

图4 基于仿真实验室的相对运动类问题教学流程