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例談在初中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生受力分析的習(xí)慣

2021-01-07 16:49:53陳潔蕾
廣東教學(xué)報·教育綜合 2021年155期
關(guān)鍵詞:測力計木塊木板

陳潔蕾

【摘要】初中學(xué)生在做力學(xué)題目時做錯的主要原因大多是沒有對研究對象進(jìn)行受力分析,或是錯誤的受力分析,因此培養(yǎng)學(xué)生的受力分析習(xí)慣對解決力學(xué)問題非常重要,也對今后學(xué)習(xí)高中知識有很大幫助。本文通過幾道例題來談?wù)勗诔踔薪虒W(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生受力分析的習(xí)慣。

【關(guān)鍵詞】初中物理;受力分析

我在初中物理教學(xué)中發(fā)現(xiàn),很多學(xué)生進(jìn)入八年級下冊學(xué)習(xí)力學(xué)之后開始覺得物理難,主要是因為解決問題時,學(xué)生僅憑做題的經(jīng)驗分析,而沒有對物體進(jìn)行受力分析,題目稍有變化就不知道如何入手或是判斷錯誤?!读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》提出:讓學(xué)生學(xué)會用物理知識和方法來解決問題。我們在教學(xué)中不僅要教會學(xué)生物理知識,還要教會學(xué)生掌握物理方法來解決問題,而受力分析就是其中一種。

在學(xué)習(xí)完摩擦力時,我給學(xué)生做了一道2013年的廣州中考題:

如圖甲所示,小明順著豎直的桿勻速下滑。

第(1)小問,多數(shù)學(xué)生們能正確畫出小明受到豎直向下的重力和豎直向上的摩擦力;而第(2)小問,多數(shù)學(xué)生錯答“>”;第(3)小問,多數(shù)學(xué)生錯答“向下”。問答錯的同學(xué)選錯的原因:第(2)小問因為繩比桿粗糙,所以沿繩下滑受到的摩擦力大于沿桿下滑受到的摩擦力;第(3)小問因為小明向上爬,摩擦力的方向與運(yùn)動方向相反,所以摩擦力方向向下。

我認(rèn)為這道題容易做錯的根本原因就是:學(xué)生僅根據(jù)以往的做題經(jīng)驗做判斷,沒有對物體進(jìn)行受力分析。第(2)小問中,若學(xué)生根據(jù)小明的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行受力分析,小明沿繩勻速下滑時受到豎直向下的重力和豎直向上的摩擦力,可知小明二力平衡,摩擦力等于重力,重力大小不變,摩擦力大小也不變,便可得出沿繩勻速下滑的摩擦力等于沿桿勻速下滑的摩擦力。同樣,第(3)小問根據(jù)運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行受力分析,可知摩擦力與重力二力平衡,就能得出摩擦力的方向與重力方向相反的答案。

如果第(2)(3)小問的題目中也要求畫出小明豎直方向受到的力,答對的學(xué)生數(shù)量會大大增加??梢姡芰Ψ治鍪墙鉀Q物理力學(xué)問題的基本方法。因此培養(yǎng)學(xué)生解決力學(xué)問題時進(jìn)行受力分析的習(xí)慣很重要。

習(xí)慣的養(yǎng)成是一個長期的過程,我們從新授課開始就要有意識地培養(yǎng)學(xué)生通過受力分析解決問題的習(xí)慣,充分發(fā)揮教師的示范作用,在講解例題時向?qū)W生示范利用受力分析解決問題,而不是為了節(jié)省時間口頭分析出答案。利用受力分析解決問題的過程:確定研究對象→根據(jù)題目條件結(jié)合運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行受力分析→利用受力分析作為依據(jù)解決問題。

一、確定研究對象

在上面那道中考題中,人的身體多處與桿接觸受到摩擦力,如果直接在人身上畫受力分析,可能有學(xué)生會畫出多個摩擦力。在這種物體的大小、形狀可以忽略的情況下,我們把它簡化成一個有質(zhì)量的物質(zhì)點(diǎn),也就是高中講的質(zhì)點(diǎn),我們在教學(xué)中讓學(xué)生把物體受到的所有力畫在同一個點(diǎn)上,這樣學(xué)生受力分析就不容易出錯。

如果題目中不只一個物體,我們就要根據(jù)題目的要求選擇合適的研究對象,對研究對象受力分析時,注意不能把研究對象施于另外物體的力錯加在研究對象上。

學(xué)生答題時如果不進(jìn)行受力分析,第一個空能很快判斷出彈簧測力計B,但是未必能解釋明白原因;第二個空就會錯答彈簧測力計C。但是我們進(jìn)行受力分析后答案和解析就很清楚了。

此題有兩個物體——木塊、木板,要對哪個物體受力分析呢?我們要看清楚題目要求,第一個空問木板對木塊的摩擦力大小等于哪個彈簧測力計的示數(shù),研究對象為木塊,木塊靜止,對木塊進(jìn)行受力分析,木塊相對木板水平向左運(yùn)動,木板對木塊的摩擦力與相對運(yùn)動方向相反,所以水平向右,見圖1。由木塊力的示意圖可知,木塊受到的摩擦力f與彈簧測力計BFB的拉力二力平衡,可知木板對木塊的摩擦力大小等于彈簧測力計B的示數(shù)。

第二個空問木塊對木板的摩擦力大小等于哪個彈簧測力計的示數(shù),研究對象為木板,對木板進(jìn)行受力分析,根據(jù)木塊對木板的摩擦力與木板對木塊的摩擦力是相互作用力,方向相反,所以木塊對木板的摩擦力方向水平向左,見圖2。此時就能發(fā)現(xiàn)彈簧測力計C的大小等于木塊對木板的摩擦力與地面對木板的摩擦力的合力。因此,要根據(jù)木塊對木板的摩擦力與木板對木塊的摩擦力是相互作用力來判斷,它們大小相等,第二個空的答案還是彈簧測力計B。對木板進(jìn)行受力分析之后,很多同學(xué)都能說出不是彈簧測力計C的原因了。

如果題目中同一個物體所處環(huán)境發(fā)生了變化,受到的力不一樣了,我們就要重新對它進(jìn)行受力分析,如例2中的情境。

例2 已知正方體木塊的邊長為10cm,細(xì)線的一端與木塊底部相連,另一端固定在容器底,如圖甲所示(容器的高比細(xì)線與木塊邊長之和大得多,且細(xì)線可承受的拉力足夠大)?,F(xiàn)向容器中慢慢加水,如圖乙所示。用F浮表示木塊受到的浮力,用h表示容器中水的深度,圖丙為F浮隨深度h變化的關(guān)系圖象。

(1)求木塊剛放入容器時對容器底部的壓強(qiáng);

(2)作出木塊在丙圖CD段的受力示意圖,表明所受各力的大小。

雖然此題兩個小問都是問同一物體——木塊,但是木塊剛放入容器時所受到的力與木塊在CD段所受到的力不同,因此我們要分段進(jìn)行受力分析。第(1)小問的研究對象是“剛放入容器的木塊”,第(2)小問的研究對象是“CD段的木塊”。

要完成這道題,必須理解加水整個過程木塊受力的變化。因此,除了把兩個小問中的兩個階段對木塊進(jìn)行受力分析,還把其他階段的木塊都進(jìn)行受力分析。

①丙圖O點(diǎn),木塊剛放入容器時,還沒開始加水,此時木塊只受到重力和支持力,力的示意圖見圖3,沒有受到浮力。

②丙圖OA段,開始加水至木塊離開容器底部前,此時木塊受到重力、支持力、浮力,力的示意圖見圖4,隨著水的深度增加,浮力逐漸增大,支持力減小。

③丙圖AB段,木塊離開容器底部,加水至繩子拉緊前,此時木塊受到重力和浮力,力的示意圖見圖5,浮力大小不變。

④丙圖BC段,繩子拉緊對木塊有向下的拉力,加水至木塊浸沒前,此時木塊受到重力、浮力、拉力,力的示意圖見圖6,浮力逐漸增大,拉力增大。

⑤丙圖CD段,木塊浸沒在水中,此時木塊受到重力、浮力、拉力,力的示意圖見圖7,浮力不變,拉力不變。

畫完整個過程的木塊力的示意圖,學(xué)生對整個過程有了清晰的理解,不管題目問題設(shè)在哪個過程,學(xué)生都能弄清楚力的關(guān)系了。

此題中的5個力的示意圖中的研究對象都是木塊,但是因為加水過程中不同階段的木塊受到的力不同,所以受力分析時要分段,研究對象要選擇不同階段時的木塊,才不會出現(xiàn)混亂,才能正確畫出力的示意圖。

2.注意受力分析的順序

學(xué)生受力分析出錯的原因往往是判斷時僅憑自己的感覺,不是根據(jù)力的概念去分析,沒有條理,容易多畫或少畫力。我們可以引導(dǎo)學(xué)生按順序分析:一般先分析非接觸力,如重力(地球附近的所有物體都受到重力)、靜電力、磁場力等;再分析接觸力,看研究對象是否與其他物體接觸,分析接觸面是否存在彈力(拉力、壓力、推力、支持力等);三看產(chǎn)生彈力的接觸面是否光滑,分析是否存在摩擦力。其中學(xué)生比較容易出錯的是判斷接觸面是否對研究對象有彈力,我們可以用“撤去法”分析。假設(shè)撤去此接觸面,看研究對象能否保持原來的運(yùn)動狀態(tài),如果運(yùn)動狀態(tài)不變,則此接觸面對研究對象沒有彈力;如果運(yùn)動狀態(tài)會發(fā)生改變,則接觸面對研究對象有彈力。

例3 下圖球A、B靜止,作出球A、B所受力的示意圖。

如果撤去墻壁,球A不能保持靜止?fàn)顟B(tài),會向左擺動,因此墻壁對球A有向右的彈力,力的示意圖見圖8;如果撤去墻壁,球B還能繼續(xù)保持靜止?fàn)顟B(tài),因此墻壁對球B沒有彈力,力的示意圖見圖9。

3.結(jié)合運(yùn)動狀態(tài)分析

受力分析時還要結(jié)合研究對象的運(yùn)動狀態(tài)。

例4 如圖所示,物體A放在B上,在水平拉力F作用下物體A、B一起運(yùn)動,不計空氣阻力,畫出以下運(yùn)動下物體A的受力示意圖。

(1)A、B一起向右做勻速直線運(yùn)動;

(2)A、B一起向右做加速直線運(yùn)動。

A、B一起運(yùn)動,沒有相對滑動,做對這題的關(guān)鍵是在判斷兩種不同的運(yùn)動狀態(tài)中物體A是否受到B的靜摩擦力。第(1)小問中,物體A做勻速直線運(yùn)動,在水平方向上A受力平衡或不受力,由此可知A在水平方向上沒有受力,受力示意圖如圖10;第(2)小問中,由物體A向右做加速直線運(yùn)動可知,A在水平方向上受力不平衡,那么肯定有受到B的靜摩擦力,方向與加速運(yùn)動方向相同,受力示意圖如圖11。

由此例題看出不同的運(yùn)動狀態(tài)時,物體的受力分析往往是不一樣的。所以在教學(xué)過程中也要訓(xùn)練學(xué)生受力分析時注意結(jié)合物體的運(yùn)動狀態(tài),這樣才不容易出錯。

二、結(jié)語

綜上所述,受力分析是解決力學(xué)問題的基礎(chǔ)方法。我們在教學(xué)過程中,培養(yǎng)學(xué)生利用受力分析解決問題的習(xí)慣,這樣學(xué)生才能在遇到新情境、新問題時找到有效的解決方法,也對以后適應(yīng)高中物理的學(xué)習(xí)也有很大幫助。

【參考文獻(xiàn)】

[1]蔡水旋.規(guī)范操作培養(yǎng)良好的受力分析習(xí)慣[J].中學(xué)物理教學(xué)參考,2020,49(24).

[2]楊愛華.初中物理“受力分析”的教學(xué)研究[J].讀寫算,2018(18).

[3]陳麗娟.初中物理受力分析策略研究[J].數(shù)理化解題研究,2016(3):8.

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