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瓦碎蛋全实验的思考

(2012-03-13 21:11:05)
标签:

杂谈

分类: 教学杂谈

物理学是一门以实验为基础的学科。物理学的理论体系、实验技能和研究方法是现代科学技术的基础。物理实验不仅帮助学生形成正确的物理概念,提高观察能力和动手能力,增强分析问题和解决问题的能力,而且直接培养学生用实验方法去验证和探索问题的能力,通过实验促使学生在观察中和观察后进行深入细致的思维活动,引导学生的思维向深度和广度发展,经过分析、比较和抽象,找出事物的本质属性。

鉴于此,新版的高中物理课本中就充分体现了这一点,高一第一册《绪言》一开头就安排了“瓦碎蛋全”、“网外雷鸣电闪,网内安然无恙”、“声波击碎酒杯”三个十分惊险的、有很强吸引力的演示实验,大大激发了学生学习物理的兴趣,增强了学生的求知欲。新版课本中在总课时减少的情况下,学生实验和演示实验的比重反而增加了。

高一课本在学习《动量定理》时以《绪言》中图0-1 “蛋碎瓦全?瓦碎蛋全”实验作为一个具体应用动量定理的实例,现将实验装置简图展示如图1,教师用铁锤迅速地砸到瓦片上,击碎了瓦片,并且铁锤速度在作用后为零。而放在海绵上的4个鸡蛋安然无恙,我们称为“瓦碎蛋全”。

http://s14/middle/5e6bd3fd4bb1f94d77e8d&690一般解释:由于铁锤和瓦之间作用时间很短,记作用时间为△t(10-2s数量级),对铁锤运用动量定理:

http://s13/middle/5e6bd3fd4bb1f94dddfdc&690 △p=F·△t, F=△p/△t, 由于作用时间很短,故F很大,根据牛顿第三定律,瓦片受到的作用F’与F等大反向,即F=-F’, F’也很大,对于瓦,在巨大的冲击力作用下碎了,这是“瓦碎”的原因。而鸡蛋由于放在海绵上,缓冲的时间很长,产生的力小,故鸡蛋安然无恙。这是“蛋全”的原因。砖块质量对实验有影响吗?而且对于鸡蛋,在这里有两个过程:打击和缓冲过程,在哪个过程容易碎呢?为了回答这些问题,本人对本实验进行了进一步思考:

1、打击过程:对瓦片,砖块,书本,蛋组成的系统研究,质量为M。受力

分析如图2所示,系统受力包括重力Mg,铁锤对系统作用力F’,以及海绵支持力FN(由于打击时间很短,海绵不发生形变),即FN=Mg

由牛顿第二定律:Ma= F’+Mg-FN= F’,

系统加速度: a=http://s5/middle/5e6bd3fd4bb1f94e3d204&690

对鸡蛋进行隔离,受力分析如图3所示,鸡蛋受到重力mg,海绵支持力FN,系统其他物体对它的作用力为F1,有:

http://s6/middle/5e6bd3fd4bb1f95690fb5&690

http://s14/middle/5e6bd3fd4bb1f95680e8d&690

http://s8/middle/5e6bd3fd4bb1f957e9067&690

很明显在打击过程中(△t时间内),鸡蛋受到的作用力http://s6/middle/5e6bd3fd4bb1f95c40fe5&690(a>0,c >0均为常数),当http://s4/middle/5e6bd3fd4bb1f96272963&690是减函数。

http://s11/middle/5e6bd3fd4bb1f9644d1fa&690

2、缓冲过程:

设缓冲时间为t(多次),明显△t<<t,而系统的动量变化量大小和铁锤的动

量变化量大小是相等的。令http://s11/middle/5e6bd3fd4bb1f9714dcfa&amp;690 综上所述:在打击和缓冲过程中,鸡蛋的受力分别

http://s3/middle/5e6bd3fd4bb1f9738c102&amp;690又随M的增大而减小,所以打击过程蛋不碎的话就不

会碎;在允许的范围内,砖的质量越大,蛋越不易碎。这样就比较清晰的展现了

整个物理过程,还物理过程真实的力学原因,透过现象看到了问题的本质。

以上只是本人对这实验的初步探索,仅供大家参考。

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