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        動態(tài)分析力的合成之合力與分力關系

        2019-03-18 11:46:44姜楠
        物理教學探討 2019年1期
        關鍵詞:動態(tài)

        姜楠

        摘 要:物理學科素養(yǎng)中要求學生要具有主動思考、解決問題的能力,在實驗教學中可以讓學生多思考,學會如何解決難點問題。力的合成的動態(tài)過程中合力與分力關系的處理方法有三種,公式推證法、動態(tài)作圖法、實物模擬法,在不同的教學階段可以選用不同的處理方法進行教學。

        關鍵詞:物理學科素養(yǎng)培養(yǎng);平行四邊形定則;動態(tài);合力與分力

        中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2019)1-0063-2

        物理學科是一門實驗學科,通過實驗可以幫助學生理解晦澀難懂的知識,在實驗探究過程中培養(yǎng)學生的合作創(chuàng)新、主動思考、解決問題的能力,即培養(yǎng)其物理學科的學科素養(yǎng)。在“力的合成”這節(jié)課中學生第一次接觸矢量合成的法則,對知識的運用和理解上不能達到理想的效果。在高一階段,學生只有保持對物理的學習興趣,克服畏難情緒,才能在以后的學習中游刃有余。針對本節(jié)課的教學難點——合力與分力的動態(tài)分析問題,可以通過理論推證與實驗探究相結合的方法,讓學生利用數學方法去推證,再通過實驗認識到以兩個分力為鄰邊作平行四邊形,兩個分力之間的對角線就是這兩個分力的合力,合力與分力之間遵循平行四邊形定則,使學生靈活掌握平行四邊形在各題型中的應用。

        具體問題為:兩個力F1和F2間的夾角為θ(0≤θ≤180°),兩個力的合力為F。

        (1)問題1: F1、F2大小不變,夾角θ越大,合力F怎樣變化?

        (2)問題2:夾角θ不變,F1大小不變,只增大F2,合力F怎樣變化?

        對此類問題,筆者總結了三種方法:

        方法一:公式推證法

        如圖1,F1和F2間的夾角為θ,兩個力的合力為F, 在三角形OBC中線段BC、OB和OC分別表示力F1、F2和F,根據余弦定理得

        問1:F1、F2大小不變,當θ角變大時,根據數學規(guī)律知道F變小,根據公式可以得出,合力F在一直變小。

        問2:當θ不變,F1大小不變, F2增大時,根據公式F=可以知道,若cosθ≥0,則合力F將一直變大,若cosθ<0,則合力F可能先變小后變大,也可能一直變大。

        分析 可以看出,數學計算方法在物理上的應用可以直接得出結論,但是對學生數理能力的要求很高。一般高一學生數學能力水平有限,學生常常知道方法,不會分析處理公式。但到高三之后,這種方法還是很實用的。

        方法二:動態(tài)作圖法

        在力的平行四邊形中,分力與合力可以用四邊形的邊長和對角線長度代替。那么,就可以利用平行四邊形定則,畫不同情況下力的平行四邊形,將多個平行四邊形組合,形成動態(tài)圖,并根據線段的長度分析力的大小變化。

        根據問1,保證動態(tài)圖中各平行四邊形中代表分力F1和F2的兩條邊長度不變,觀察代表合力F的對角線長度隨角度的變化(如圖 2)。

        分析 畫動態(tài)圖的方法,學生通過線段的長度來判斷力的大小,非常直觀。但對學生的作圖能力要求較高,要求學生對矢量合成法則有一定的理解能力。

        方法三:實物模擬法

        方法一和方法二都是在理論上進行分析,物理是實驗學科,所以可以用實驗演示的形式讓學生有直觀的感受。采用木條或硬紙殼制成圖4和圖5所示的演示裝置,模擬力的合成的平行四邊形定則。圖4中改變F1和F2間的夾角θ,可以非常直觀地觀察到合力即對角線的長度變化。圖5中,平行移動F1的對邊以達到改變F2大小的目的,也可以直觀地觀察到合力即對角線的長度變化。教師可以按照自己的想法進行靈活操作。

        三種方法都能判斷動態(tài)過程中合力的變化情況。公式推證法利用余弦定理推導出合力、分力及夾角之間的具體關系,這四個物理量中任意有兩個物理量不變,其余兩個量,一個改變,另一個就可以通過表達式直接進行判斷,可以說利用公式推證法可以解決不同情況下的動態(tài)問題,適用范圍廣。但是,高一學生沒有學過余弦定理,其數學計算、推導、分析能力較弱,筆者認為該方法適合高三年級的學生使用。動態(tài)作圖法是高一教師課堂教學采用的最常見的手段之一。高一習題中大部分動態(tài)問題都是采用作圖法解決,所以作圖法的教學非常重要。但是,相較于公式推證法,作圖法具有一定的局限性,是由特例推出一般規(guī)律,嚴密性不夠。學生剛開始接觸時,必須在老師的指導下進行,以防出錯。實物模擬法是將作圖法轉化為實物展示,較作圖法更具有直觀性。在新課教學時,實物模擬法相較于前兩種方法更易于學生理解,可以提高課堂的實效性。

        在教學實踐中,探索多樣化的教學方式,樹立學生主體觀,建立能力培養(yǎng)觀,生成多樣化、有實效的教學模式,有利于提高學生對知識與技能獲取、整合、轉化、運用、再創(chuàng)造的綜合能力。使學生在不斷學習中完成知識體系的建構,具有構建理想模型的意識和能力,形成良好的邏輯思維和系統(tǒng)思考能力。將物理教學細化,以培養(yǎng)學生擁有可持續(xù)發(fā)展能力為主要目標,讓學生不僅“學會”知識,更能“會學”知識,并具有終身學習的興趣和能力。形成正確的價值觀,內化核心素養(yǎng),達到使學生樂于終身學習并具有終身學習能力的終極目標。

        參考文獻:

        [1]步國平.力的合成教學設計[J].物理教學探討,2009,27(1):27-29.

        [2]賀玲,蔣德瓊.簡單的內容并不簡單——由“力的合成”的教學談規(guī)范作圖的重要性[J].物理教學探討,2017,35(7):33-35.

        [3]梅鑫華.利用圓來分析力的大小變化[J].物理教師,2016,37(1):61.

        (欄目編輯 羅琬華)

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