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小缆车一课科学概念正误之争----关于中小学衔接的思考 [复制链接]

秋池
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t T
发表于 2008-12-01 22:13 |显示全部

呵呵，谢老师把帖子搬到这里来了。谢谢，这个问题如果能够引起大家的注意，是一件好事啊。这后面还有几栏，我也把它搬到这里来。还是按谢老师的方法，我写的用蓝字，谢老师写的用红字。


 


Post By：2008-11-26 16:09:00



谢老师好！我觉得问题已经明确了。当其他条件都不变，只有“力”的大小发生变化的情况下，用公式计算的结果，20个垫圈拉动小车的“速度”应该比10个垫圈快一倍，但结果却是“快得不明显”。这一结果已经足以质疑这个实验的科学性了。


我也是从这个实验结果中“速度（实际是所用的时间）差不多”而怀疑这个实验的科学性的。


我还想加一句，出现这种情况，是不能怪我们一线的老师的。我在这里提出这个问题来讨论，绝对没有针对您的意思，是想把这个问题弄得更明确一些，让我们的科学课更科学。


 


Post By：2008-11-27 7:59:00



    当然，我们展开讨论是针对一个问题，我也非常想弄个一清二楚，有争论才有进步嘛！这次的讨论中我学到了很多，非常感谢秋池老师！

    “当其他条件都不变，只有“力”的大小发生变化的情况下，用公式计算的结果，20个垫圈拉动小车的“速度”应该比10个垫圈快一倍”，能把计算过程贴上来学习一下吗？



Post By：2008-11-28 8:36:00



老实说，我没有计算，只是推理。


1。按你给出的计算式：V=ft/m   假设其中的t,m都为1；10个垫圈时的f也为1，那么20个垫圈就是2。显然，V1=1，而V2=2。


2。按物理学上力的单位：1N=1千克*1米/1秒平方，设10个垫圈的力为1N，20个垫圈的力则为2N，显然后者的加速度为前者的2倍。


 


在这篇文章中，有对拉力越大速度越快的批判，请去看看：http://www.zjxxkx.com/bbs/dispbbs.asp?boardid=4&Id=3769


 


 
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t T
发表于 2008-12-12 18:24 |显示全部


      是的，深入的讨论会使问题越来越清晰。


      这里讨论的问题，其实涉及两个方面，一个是科学性问题，一个是如何用学生能懂的语言来表述科学概念的问题。


 


      对第二个问题，我觉得在涉及速度、加速度、平均速度、瞬间速度等等概念时，用学生能懂的快和慢来表述未尝不可，更细致的概念区分可以留待他们上中学后再说。


 


      对第一个问题，我还是认为，教材（包括教参等）给出的结论是完全错误的。前面已经进行过理论分析，不再重复。这里仅就谢老师的解释进行商榷。


      谢老师给出两个算式，一个是 F=mg  ,一个是 V=ft/m。我觉得这两个算式似乎有误。牛顿第二定律的表达式是 F=ma。这里的F是物体所受的合外力；m是受力物体的质量；a是加速度。  按这个公式，a=F/m。显然，当小车的m不变时，F增加一倍（考虑到阻力变化量小，因而忽略不计），小车的加速度也应该增加一倍。谢老师给出的第二个算式，我确实没弄明白，这里怎么又加进一个时间了呢，并且这个时间还跟垫圈质量的平方根成反比？
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t T
发表于 2008-12-12 18:48 |显示全部

      今天又学习了一下，原来，V=ft/m 是Ft=mv2-mv1 变式，但当mv1为0时，可以变化为 V=ft/m。


 


      式中的 f  为作用于物体外合力，t  为m由  v1  开始加速到  v2  的时间，而 m  为受力物体的质量。减化后的公式中，V不是速度或平均速度，而是末速度，即在小车撞上挡板那一瞬间所获得的速度。这是一个关于动量的公式！


 


      即使按照这个公式，来看看实验结果，受力物体小车的质量不变，但当垫圈由10个增加到20个时，或者说拉力增加了一倍时，t也应该缩短为原来的1/2（这里有一个隐含条件，就是各次实验中，小车经过的距离不变），但我们得到的却是 t  虽然有变化，但变化得不明显。显然这里有矛盾，这要么说明我们引用的公式所表达的规律不正确，要么说明实验设计本身有问题。我认为是后者！


[此贴子已经被作者于2008-12-12 19:00:32编辑过]
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t T
发表于 2008-12-14 23:57 |显示全部

1.“拉力越大，车速越快。”这个结论是错误的。这还是亚里士多德的结论，这个结论已经被伽利略否定了！


2.我们的实验其实也否定了“拉力越大，速度越快”的结论：当垫圈足够多时，小车也必须在做了“放手”这一动作后才开始运动；当小车到达挡板时，垫圈仍然拉着小车，但小车也停止了运动。这表明，小车是否运动，以及运动的快慢，不是决定于“拉力”，而是决定于“合外力”，也就是还要包括阻力，它是与拉力相反方向的一个力。当阻力=拉力时，小车停止运动。这样，我们至少可以得出这样的结论：只有当拉力大于阻力时，小车才会运动。


3.“重力”与“重力加速度”是两个完全不同的量，前者是状态量，它表示的是重力对物体的作用，是静态的；“重力加速度”是过程量，它表示物体垂直下落速度随时间的变化，在近地面条件下，它是个常量，约为9.8m/s^2.为什么是这样，我们可以这样来理解：重力是作用于物体的每一个质点的，同一物质的物体，如果体积大，那么它的重量就重，反之则轻；但当它们下落时，则物体的每一个质点都以9.8m/s^2运动，所以，不管物体是重还是轻，都将以同样的加速度降落。


4.为什么当垫圈很少时，小车到达终点的时间明显比较长呢？原因还是在阻力身上，这时的阻力所占的比重比较大；为什么垫圈多到一定程度时，再增加垫圈的数量，小车到达终点的时间相差会“不明显”了呢？原因也还是在阻力身上，因为小车所受的摩擦阻力不因快慢而改变，只有绳子绕过实验台角的地方，阻力有微小的增加，对垫圈按重力加速度下落影响很小。这同时也表明，用重力作为拉力来实验是不科学的。


 


 


[此贴子已经被作者于2008-12-15 9:51:02编辑过]
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