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2017-07-21 10:55:02趙立彬??
中學(xué)課程輔導(dǎo)·教師教育(上、下) 2017年13期
趙立彬??
摘要：在物理教學(xué)中，八年級物理下冊已經(jīng)將我們帶入了斜面的情境，在這樣的情境下，我們該如何思考問題呢？首先學(xué)生要搞清楚斜面與水平面之間的物理量變化情況，其次是弄清各物理之間的內(nèi)在聯(lián)系；換言之，就是讓學(xué)生理解斜面情境下的“物”與“理”。本文探討了與斜面有關(guān)的初中物理力學(xué)問題及其相關(guān)的物理規(guī)律。
關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；斜面；力學(xué)問題；物理規(guī)律
中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）13-017-1
一、斜面上物體的受力探究
教材在“活動84：判斷重力的方向”告訴我們：物體重力的方向是豎直向下的，與斜面的傾斜角無關(guān)；而在“活動91：觀察與作圖”中告訴我們：壓力垂直作用于帆布（相當(dāng)與斜面）表面，其方向與斜面的傾斜角有關(guān)。所以，這兩個力的方向是不同的。
什么原因呢？這兩個力產(chǎn)生的原因是不同的。重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的，所以，重力的方向（重力只是萬有引力的一個分力！）大致指向地心，即豎直向下，因此與斜面的傾斜程度無關(guān)；而壓力是由于兩個物體相互接觸并擠壓而產(chǎn)生的彈力，因此彈力的方向與接觸面的方向有關(guān)。斜面上的物體由于受到重力作用，具有向下運動的趨勢，而斜面阻礙了物體在豎直方向上下落，因此物體就會對斜面有彈力的作用，此力垂直作用于斜面向下，即物體對斜面的壓力，所以，兩個力方向不同；同時，兩個力作用點和大小也不同，由兩個力產(chǎn)生的原因可知：重力的作用點是在該物體的重心上，壓力的作用點則是在斜面上；重力的大小與物體的質(zhì)量成正比，而此時壓力源于重力，它是重力在垂直作用在斜面方向上的一個分力的作用效果，壓力的大?。‵=mgcosθ）隨斜面傾斜角的增大而減小，且壓力小于重力，而只有在水平面上時，壓力的大小才等于重力的大小。
靜止在斜面上的物體還會受到斜面對物體的支持力，它與物體對斜面的壓力是一對相互作用力，因此分別作用在斜面和物體上的這兩個力的大小相等，方向相反，作用在同一條直線上；由于靜止在斜面上的物體有向下滑動的趨勢，且斜面并不光滑，物體還會受到斜面阻礙物體向下滑動的摩擦力（f=μmgcosθ），它的大小與物體的重力，斜面的傾斜角度和斜面的粗糙程度有關(guān)。物體受到的支持力與物體運動方向始終垂直，因此支持力不做功；而摩擦力與運動方向相同或相反，因此物體運動過程中會有機械能和內(nèi)能的變化，這樣就便于教材設(shè)置相關(guān)的物理情景實驗。
二、斜面上物體的“力與運動”
教材在“活動105探究阻力對物體運動的影響”和“活動121探究動能大小與哪些因素有關(guān)”中都要求控制和改變小車進(jìn)入水平面時的速度，那么斜面是如何能改變小車速度呢？
首先要知道靜止在斜面上的小車為什么會下落，這是因為小車受到重力，支持力和摩擦力，由于這三個力并不平衡，即小車受到非平衡力的作用，運動狀態(tài)將會改變。由于斜面阻礙了小車豎直下落，使得小車只能沿斜面下落。當(dāng)斜面的傾斜角和小車相對于斜面的粗糙程度不變時，小車的加速度a=（gsinθ-μgcosθ）也隨之確定不變，它與小車的質(zhì)量無關(guān)。當(dāng)小車從某一高度靜止下落（初速度為0），由于小車的加速度不變，所以小車進(jìn)入水平面時的速度v=2as（s為物體沿斜面下落的長度），可知，此時小車進(jìn)入水平面時的速度就與物體沿斜面下落的長度和小車的加速度有關(guān)，與小車的質(zhì)量無關(guān)。因此，我們讓“質(zhì)量不同的小車從同一斜面的同一高度靜止釋放”就很好的解決了“小車進(jìn)入水平面時的速度相等”這個問題，如果想要改變進(jìn)入水平面時的速度大小，那么我們只需要改變小車釋放時的高度（或釋放時小車沿斜面下落的長度）。
三、斜面上物體的能量轉(zhuǎn)化
教材在“活動115探究斜面（如右圖）”中得出結(jié)論：使用斜面不能省功，但可以省力。同時說明沒有既省力又省距離的機械，這是為什么呢？現(xiàn)在我們從能量轉(zhuǎn)化角度去分析。
將小車沿斜面拉上一定高度的過程中，小車受到四個力的作用，其中小車受到的支持力與小車運動的方向時刻垂直，所以小車受到的支持力并不做功。小車所受拉力做的功將外界能量轉(zhuǎn)化為小車的機械能，同時小車在運動的過程中，受到摩擦力的作用，克服摩擦阻力做功，就有部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，由功能關(guān)系可知：FS=GH+fS，由此可得FS>GH，就是說使用斜面不能省功；如果不考慮小車受到的摩擦力的影響，則FS=GH，對于斜面而言，S>H即有F教材在“活動122小明腳踩滑板從高處滑下”，其實就是在說明物體的重力做功時，物體的高度逐漸下降，物體的速度逐漸加快，與物體高度有關(guān)的能量（重力勢能）減小，與物體運動有關(guān)的能量（動能）增大，即重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。小明下降的高度越大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能也越大，小明到達(dá)斜坡低端時的速度就越大。相反，如果小明以一定的速度滑上斜坡時，他上升的高度與其速度有關(guān)，滑上斜坡前的速度越大，小明上升的高度也越大，這時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，能量被儲存起來了。這就很好的解釋了教材121的課后一道習(xí)題：上海明珠線車站的設(shè)計方案，與站臺連接的軌道有一定坡度，請從節(jié)能的角度，分析這種設(shè)計的優(yōu)點。
綜上所述，物理知識來源于實踐，特別是來源于觀察和實驗。因此要認(rèn)真觀察物理現(xiàn)象，分析物理現(xiàn)象產(chǎn)生的條件和原因。要認(rèn)真做好學(xué)生物理實驗，學(xué)會使用儀器和處理數(shù)據(jù)，了解用實驗研究問題的基本方法。要通過觀察和實驗，有意識地提高自己的觀察能力和實驗?zāi)芰Γ簿褪钦f真正意義上弄清“物”與“理”，只有這樣才能做好初高中物理的銜接和轉(zhuǎn)變工作。希望本文能夠為初高中銜接起到拋磚引玉的作用。
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關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；斜面；力學(xué)問題；物理規(guī)律
中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）13-017-1
一、斜面上物體的受力探究
教材在“活動84：判斷重力的方向”告訴我們：物體重力的方向是豎直向下的，與斜面的傾斜角無關(guān)；而在“活動91：觀察與作圖”中告訴我們：壓力垂直作用于帆布（相當(dāng)與斜面）表面，其方向與斜面的傾斜角有關(guān)。所以，這兩個力的方向是不同的。
什么原因呢？這兩個力產(chǎn)生的原因是不同的。重力是由于物體受到地球的吸引而產(chǎn)生的，所以，重力的方向（重力只是萬有引力的一個分力！）大致指向地心，即豎直向下，因此與斜面的傾斜程度無關(guān)；而壓力是由于兩個物體相互接觸并擠壓而產(chǎn)生的彈力，因此彈力的方向與接觸面的方向有關(guān)。斜面上的物體由于受到重力作用，具有向下運動的趨勢，而斜面阻礙了物體在豎直方向上下落，因此物體就會對斜面有彈力的作用，此力垂直作用于斜面向下，即物體對斜面的壓力，所以，兩個力方向不同；同時，兩個力作用點和大小也不同，由兩個力產(chǎn)生的原因可知：重力的作用點是在該物體的重心上，壓力的作用點則是在斜面上；重力的大小與物體的質(zhì)量成正比，而此時壓力源于重力，它是重力在垂直作用在斜面方向上的一個分力的作用效果，壓力的大?。‵=mgcosθ）隨斜面傾斜角的增大而減小，且壓力小于重力，而只有在水平面上時，壓力的大小才等于重力的大小。
靜止在斜面上的物體還會受到斜面對物體的支持力，它與物體對斜面的壓力是一對相互作用力，因此分別作用在斜面和物體上的這兩個力的大小相等，方向相反，作用在同一條直線上；由于靜止在斜面上的物體有向下滑動的趨勢，且斜面并不光滑，物體還會受到斜面阻礙物體向下滑動的摩擦力（f=μmgcosθ），它的大小與物體的重力，斜面的傾斜角度和斜面的粗糙程度有關(guān)。物體受到的支持力與物體運動方向始終垂直，因此支持力不做功；而摩擦力與運動方向相同或相反，因此物體運動過程中會有機械能和內(nèi)能的變化，這樣就便于教材設(shè)置相關(guān)的物理情景實驗。
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三、斜面上物體的能量轉(zhuǎn)化
教材在“活動115探究斜面（如右圖）”中得出結(jié)論：使用斜面不能省功，但可以省力。同時說明沒有既省力又省距離的機械，這是為什么呢？現(xiàn)在我們從能量轉(zhuǎn)化角度去分析。
將小車沿斜面拉上一定高度的過程中，小車受到四個力的作用，其中小車受到的支持力與小車運動的方向時刻垂直，所以小車受到的支持力并不做功。小車所受拉力做的功將外界能量轉(zhuǎn)化為小車的機械能，同時小車在運動的過程中，受到摩擦力的作用，克服摩擦阻力做功，就有部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，由功能關(guān)系可知：FS=GH+fS，由此可得FS>GH，就是說使用斜面不能省功；如果不考慮小車受到的摩擦力的影響，則FS=GH，對于斜面而言，S>H即有F 教材在“活動122小明腳踩滑板從高處滑下”，其實就是在說明物體的重力做功時，物體的高度逐漸下降，物體的速度逐漸加快，與物體高度有關(guān)的能量（重力勢能）減小，與物體運動有關(guān)的能量（動能）增大，即重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。小明下降的高度越大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能也越大，小明到達(dá)斜坡低端時的速度就越大。相反，如果小明以一定的速度滑上斜坡時，他上升的高度與其速度有關(guān)，滑上斜坡前的速度越大，小明上升的高度也越大，這時動能轉(zhuǎn)化為重力勢能，能量被儲存起來了。這就很好的解釋了教材121的課后一道習(xí)題：上海明珠線車站的設(shè)計方案，與站臺連接的軌道有一定坡度，請從節(jié)能的角度，分析這種設(shè)計的優(yōu)點。 綜上所述，物理知識來源于實踐，特別是來源于觀察和實驗。因此要認(rèn)真觀察物理現(xiàn)象，分析物理現(xiàn)象產(chǎn)生的條件和原因。要認(rèn)真做好學(xué)生物理實驗，學(xué)會使用儀器和處理數(shù)據(jù)，了解用實驗研究問題的基本方法。要通過觀察和實驗，有意識地提高自己的觀察能力和實驗?zāi)芰Γ簿褪钦f真正意義上弄清“物”與“理”，只有這樣才能做好初高中物理的銜接和轉(zhuǎn)變工作。希望本文能夠為初高中銜接起到拋磚引玉的作用。
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