物理学报，物理学史与教育，2018，2 物理学家研究思路在高中物理教学中的体现 何同杰 王小军（） 华南师范大学物理与电信工程学院，广东广州（：） 收稿日期 2017 05 19：，， 摘要 通过将物理学史上的一些原创实验与课堂上的探究性实验相结合，再提炼思路和方法，可以使物理学家的研究思路在高中教学中得到体现。 关键词：物理学史；研究思路；原创实验；探究性实验。首先我们介绍为什么要通过物理学史来学习今天的内容，让学生从历史的探索中找到答案，然后让学生自主地进行实验探究。之所以把原创实验的讲解放在探究性实验之后，是为了避免影响探究性实验的进度，为后面研究思路的提炼做铺垫。因为在讲解研究思路、方法和理论的形成过程，导致学生缺乏认识。背景隐藏在原始实验中，需要探究。例如，在讲解万有引力定律时，简单地说牛顿通过苹果下落的自然现象得出了万有引力定律。将守恒定律与动量守恒定律相结合的探索（），，从历史演化中推导出守恒定律，并不是这样。高中在碰撞过程中守恒定律的教学中，牛顿是通过强推理得出结论的。这导致学生对物理学史缺乏深刻的理解。
老师通常会这样给学生介绍这个话题：碰撞在我们生活中很常见，那么碰撞中哪些物理量是守恒的？2. 只讲物理历史，不深入讲解研究思路和方法，很容易引起学生的兴趣。因此，作者结合核心，今天让我们自己动手探索一下碰撞过程中物理量的守恒？ ”,,常数，但学生可能会有疑问，为什么要学这些常数。培养学生科学思维素养的要求是把最原始的、体现物理学家研究思想和方法的实验带入课堂。与其探究碰撞过程中发生了哪些变化，不如将守恒定律的历史研究与探索性实验结合起来，解释物理学家对守恒定律的研究演变，以消除学生的困惑，力求在高中教学中体现守恒定律思想。本文以动量守恒定律和自由落体运动定律的探索作为物理学家的目标。历史上第一个有意义的守恒定律是现在的质量守恒定律观。以实际定律的探索和牛顿第三定律为案例，在高中课堂上呈现物理学家的研究思想。除了质量守恒定律，物理学家还想找到运动守恒定律，但用实验来验证运动守恒定律并不是那么容易。结合原始数据与课堂的案例分析[]3.因为运动涉及物体的质量和速度两个物理量，所以作者提出了原始实验与探索性实验相结合的教学方法。第一个研究这个运动守恒的人是笛卡尔。笛卡尔认为运动的总量一定是一个常数。后来，惠更斯解决了碰撞问题。流程图如图1所示。
之后，我们对课题进行了系统的实验和理论研究，最后利用两球碰撞模型，研究了运动中量守恒的问题。在讲清守恒思想的来源和物理学家对运动守恒探索的贡献之后，就可以让学生进行自主探索实验，探索碰撞中哪些物理量是守恒的。（）教材自主探索实验2、图1 研究思路渗透流程图在高中人教版教材自主探索实验中，我们利用[]4、气垫导轨、点计时器等设备进行碰撞探索。现在我。—120—期《物理学通讯》物理学史与教育2018年2期，我们可以利用仪器测速。那么在变化过程中或者变化前后存在的不变关系或不变量是什么呢？物理学家采用了什么样的实验设计得到这个结论呢？所以量是研究这个变化过程的中心和关键。这就是我们的，让学生做了探索性实验之后，我们需要讲解当今物理学中探索碰撞过程中量守恒的原因。惠更斯独创的实验设计，让学生领略物理学家的智慧，加深对动量守恒、能量守恒、电荷守恒等的理解。守恒既是一种思维方式，也是一种方法。惠更斯用弹性球摆做实验，图中他用两个经验思想探索自由落体运动的规律。
2、当两个完全相同的小球以相同的速度、相反的方向相撞时贝语网校，它们会以相同的速度反弹回来。图中他用运动的小球去碰撞静止的小球，运动的小球静止下来，静止的小球得到运动小球的原始规律。他们是怎么研究的呢？这些都是学生在学习自由落体运动时容易遇到的问题。所以我们。41700。这幅图可能看起来有些奇怪，但是惠更斯以历史的方式提供了问题必要的答案。，，非常尖锐和新颖的想法。假设船以速度v向右运动。如果伽利略以前的人们都认为物质世界的变化是按照物体与人的关系进行的，那么船上的人在他们的参考系里做这个碰撞实验，而在岸上，人的活动和物体一定是按照上帝的旨意安排的。在岸边的人眼中，在碰撞前，左边的球以 2v 的速度向右移动，而右边的球则以 0 的速度移动。是亚里士多德，但伽利略认为，物体运动的变化总是由某种力引起的。人类和自然只是服从数学关系的原子的集合。运动和变化是伽利略唯一的科学研究。
伽利略认为，物体的运动可以归结为力作用于物体的结果。在伽利略之前，科学家们都是通过逻辑推理来分析问题的。但伽利略的研究方法则完全不同，他不研究运动为什么发生，而是研究运动如何发生的，因此，他可以通过实验观察运动规律，并用数学关系来表达。（）探索自由落体规律2、讲清楚为什么要研究自由落体之后，就可以让学生自己去探索了。在粤教版教材中，我们探索自由落体规律，当我们用点计时器把纸带固定在铁架上，纸带的一端绑上一个重物，另一端穿过计时器，然后我们用手捏住纸带，松开，重物自由下落，测得加速度，最后就得到了自由落体规律。（），3讲解物理学家的经典实验，提炼思路。探索完成后，学生对自由落体运动规律有了一定的了解。这时，我们可以回答学生刚才提出的问题，伽利略是怎样研究运动规律的？（）伽利略是通过斜面实验得到自由落体运动的。5：图4 惠更斯对两相等质量弹性碰撞的想象，（）运动规律研究思路总结。教师可以用提问的方式，让学生反思刚刚做的实验，同时了解伽利略的实验方法。首先，伽利略把自由落体运动作为守恒量进行研究，发现运动守恒不仅仅存在于静态参考系中。
为什么选择用小球从斜面上滑下来？为什么在运动的参考系中动量守恒定律依然成立？我们可以知道当时的时间测量还不是很精确，要进一步拓展和深化学生对动量守恒定律的理解。守恒定律是指物理变化过程中总有一些不变的关系关于动量的物理学家，这种不变的程度不会很高，我们知道自由落体运动的速度非常快，当时讨论一个物理变化过程时，下落的时间或者说不变量不容易测量，所以伽利略采用斜面把物体放下来。— 121— of and 2018 2,?() 下落的速度 二、伽利略是如何减少实验误差的？伽利略复现了牛顿原来的实验。 3,,, 为了减少摩擦，在木板上挖了一个斜槽然后如图所示得到了牛顿的实验装置。在两个相邻的容器里分别放置光滑的羊皮纸。第三，当水容器下落时，伽利略是怎样测量的呢？每个容器中都浮着一个软木塞，其中一个是木塞。当时，还没有精确的秒表。伽利略很聪明，他在上面放了一块条形磁铁，另一边放了一块和磁铁质量相同的铁块。他用一种方法，在一个盛水的大容器底部打一个小孔。牛顿说，只要磁铁吸引铁块，那么水就会通过这个小孔流入杯子。事先称好杯子的重量，这样带磁铁的软木塞就会留在原处，而铁块就会向磁铁那边飘去。根据杯子质量的变化，就可以测出时间。
但事实是两个装好东西的软木塞却向着对方漂移，说明力是相互的。 图6 牛顿原来的实验装置 图5 伽利略的斜面实验设计 （）物理学中的研究方法总结4 （）研究思路总结4 从牛顿原来的实验中我们可以看出，牛顿的设计非常巧妙，如果伽利略也像亚里士多德一样依靠经验，因为不能直接测量力，所以因为磁铁能吸引铁块，就选择用磁力代替引力进行研究，就不可能得到自由落体定律了。 伽利略开辟了实证研究的道路，也是最早将物理学与数学结合起来的人，在做实证研究的时候，人们经常会遇到一些问题，比如通过判断两个物体运动的速度来判断力是否相等，这是一个重要的转变思路，像伽利略一样，他不能直接测量时间，所以就用水质测量法。我们在做实证研究的时候，可能会遇到手头的仪器和工具无法测量到想要的物理量的情况。在物理学的原始实验中，物理学家有丰富的研究思路。思考能否把无法测量的物理量转化为可以测量的物理量。这是在高中课堂上能够呈现实证研究材料时非常重要的方法，所以需要老师。
选取其中最有价值的，呈现给学生，教学改革的重要任务就是要尽早培养学生。2.3互易思想与牛顿第三运动定律的结合。其中一项任务就是要尽早培养学生。科研人员应具有（ ）从历史的角度看问题的能力和才能。这就要求我们在教学中要使所讲的概念、规律、理论知识尽可能地贴近科学家在科研过程中形成的概念、规律和理论。如果力不是相互的，会发生什么情况呢？牛顿原理中写到关于动量的物理学家，如果一个物体能吸引一个邻近的物体，但不被那个物体以同样的力吸引，为了让学生了解科学家的实际创造过程和他们的操作，吸引力较小的物体就会带动它邻近的另一个物体，这样，二者都加速到无穷远。这就是蔡志玲物理学史教学的现状、问题及对策。1.违反第一运动定律如果物体是地球和太阳，教材与教法，（）：·。35 38~，，，，，？沈先嘉、李彦平、刘树勇等在素质教育科目中讲物理学史，会引出什么样的结果？这就是牛顿开始研究的2。（），（）：大学物理学的作用。37 39~，力相互作用的原因，也是我们今天要学的。””
