摘 要:對(duì)物體受力的分析情況作出準(zhǔn)確的分析是研究力學(xué)問(wèn)題的需要。掌握正確的受力分析的方法則是對(duì)物體受力情況作出準(zhǔn)確分析的關(guān)鍵,明確受力圖是對(duì)物體進(jìn)行受力分析結(jié)果表達(dá)手段,這也正是本節(jié)課教學(xué)所要解決的問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:研究對(duì)象;受力情況分析;隔離法
2019版新課標(biāo)教材將《牛頓第三定律》由舊版本的第四章調(diào)整到第三章,置于《摩擦力》之后。而作為本節(jié)內(nèi)容的應(yīng)用知識(shí),物體受力的初步分析,既是重點(diǎn)又是難點(diǎn)。這一節(jié)內(nèi)容的安排也是循序漸進(jìn)的:從靜止物體到運(yùn)動(dòng)物體,從平面上的物體到斜面上的物體,從具體實(shí)例上升到分析物體受力的一般方法——隔離法。這一節(jié)內(nèi)容,是在以前各節(jié)預(yù)備知識(shí)的基礎(chǔ)上提出的,可以說(shuō)是集前面所學(xué)知識(shí)之大成。其中任何一方面知識(shí)的缺陷都會(huì)在此暴露無(wú)遺,同時(shí)給本課題的教學(xué)帶來(lái)困難,所以本課題的教學(xué)也是一個(gè)難點(diǎn)。針對(duì)學(xué)生在掌握物體受力分析方法中反映出的問(wèn)題,教學(xué)中應(yīng)注重突出三個(gè)問(wèn)題的講述。
一、明確物體受力情況分析的含義
對(duì)于物體受力情況分析的理解,要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到這里包含著兩個(gè)含義:
(一)物體受力情況分析意味著必須明確要對(duì)哪個(gè)物體進(jìn)行分析,即明確研究對(duì)象;找到施力物體和受力物體。
(二)物體受力情況分析意味著要害是在“受”字上,即分析的是研究對(duì)象所“受”的力。學(xué)生感到受力分析難,根源之一就在于對(duì)受力分析的含義不清。其表現(xiàn)不是到底要分析哪個(gè)物體所受力不明確,就是雖然確定了研究對(duì)象,但是研究對(duì)象應(yīng)該受的力有些沒(méi)有作出分析,而研究對(duì)象施于其它物體的力本是不該作出分析的也作了分析,甚至于都算作了研究對(duì)象所受的力。所以搞清物體受力分析的確切含義是對(duì)物體進(jìn)行受力分析首先要明確解決的問(wèn)題。
例如,一個(gè)木塊靜止在粗糙斜面上,我們按重力、彈力和摩擦力的順序來(lái)分析它的受力情況。木塊受到重力G,方向豎直向下;木塊和斜面接觸并相互擠壓,木塊受到垂直于斜面向上的彈力FN;假設(shè)木塊和斜面之間沒(méi)有摩擦,木塊就會(huì)向下滑動(dòng),由此可以判斷,靜止的木塊相對(duì)斜面有向下滑動(dòng)的趨勢(shì),所受的靜摩擦力Ff是沿斜面向上的。
在上面的例子中,涉及木塊的作用力和反作用力共有三對(duì):重力G和木塊對(duì)地球的引力、彈力FN和木塊對(duì)斜面的壓力、靜摩擦力Ff和木塊對(duì)斜面的靜摩擦力。由于我們是在對(duì)木塊的受力情況進(jìn)行分析,所以只把這六個(gè)力中木塊所受的三個(gè)力畫(huà)出來(lái)了。
二、明確受力分析的正確方法
學(xué)生感到受力分析難,還表現(xiàn)在對(duì)物體所受的力總是分析不全。其原因有些來(lái)自對(duì)某些力的產(chǎn)生條件認(rèn)識(shí)不清,因而判斷不出物體是否受到這種力的作用;再一個(gè)原因則是來(lái)自分析物體受力的方法不對(duì)頭,有的學(xué)生在分析物體所受的力時(shí),常常是想起哪個(gè)力就分析哪個(gè)力,東找一個(gè)西找一個(gè),當(dāng)物體所受的力較多時(shí),就往往會(huì)遺漏了一些力未做分析。由此看來(lái)掌握正確的受力分析方法是十分重要的。這主要體現(xiàn)在要建立一個(gè)對(duì)物體所受的力進(jìn)行分析的基本順序。從重力、彈力、摩擦力和產(chǎn)生條件考慮,其中彈力、摩擦力都要以?xún)蓚€(gè)物體相互接觸為必要條件,這意味著這兩種力都是通過(guò)物體直接接觸的形式發(fā)生作用的。從這個(gè)意義上講可以把這兩種力統(tǒng)稱(chēng)為接觸力。這樣分析物體所受的接觸力時(shí),又可以先找出與研究對(duì)象相互接觸的物體有幾個(gè),然后再逐個(gè)物體分析它們各自對(duì)研究對(duì)象是否施力以及施了什么力。
再比如課后練習(xí)題4.如圖,粗糙的長(zhǎng)方體木塊A、B疊在一起,放在水平桌面上,B木塊受到一個(gè)水平方向的力的牽引,但仍然保持靜止。問(wèn)B木塊受到哪幾個(gè)力的作用?
很多學(xué)生總是憑感覺(jué),認(rèn)為A對(duì)B有向后的靜摩擦力。這里必須先研究A的受力,根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定A在水平方向上不受外力,可以假設(shè)A如果水平方向受力,只能受靜摩擦力,那么A不可能靜止不動(dòng),所以假設(shè)不成立,A相對(duì)于B沒(méi)有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。然后再研究B的受力,否則A與B容易多分析出一對(duì)摩擦力。
如果從開(kāi)始學(xué)習(xí)受力分析時(shí)學(xué)生就能按照上述分析順序分析物體所受的力,而且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練形成了習(xí)慣,就不僅會(huì)減少因方法不對(duì)頭所造成的遺漏力的現(xiàn)象,而且有助于學(xué)生受力分析能力的提高。
三、明確受力圖是對(duì)物體進(jìn)行受力分析結(jié)果表達(dá)手段
對(duì)物體受力情況所做的分析最終都要反映在受力圖上,所以受力圖是對(duì)物體進(jìn)行受力結(jié)果的具體體現(xiàn)。對(duì)于受力圖的畫(huà)法,根據(jù)目前教材只能要求學(xué)生將研究對(duì)象所受的力圖示畫(huà)在研究對(duì)象上的一個(gè)點(diǎn)上。
總之,物體的受力分析是各種各樣的,因此不可能在這一節(jié)課教學(xué)中要求學(xué)生完全掌握,要有一個(gè)過(guò)程,循序漸進(jìn)在這里非常重要,切不可一次就補(bǔ)充很多復(fù)雜的題目讓學(xué)生去分析,
這樣反而會(huì)使學(xué)生無(wú)所適從,甚至產(chǎn)生畏難情緒,所以課本中沒(méi)有提出連接體之類(lèi)的繁難問(wèn)題,而把重點(diǎn)放在引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握正確的方法和思路,則他們自已也會(huì)逐漸獨(dú)立地解析各類(lèi)力學(xué)題目。在受力分析時(shí),常常忽略某些次要因素,這也是使所研究的問(wèn)題理想化,應(yīng)該在教學(xué)中引導(dǎo)同學(xué)重視并逐漸熟悉這種方法。例如物體下落時(shí),相對(duì)于重力來(lái)說(shuō),可以忽略空氣阻力這一次要因素,通過(guò)理想化才構(gòu)成了自由落體運(yùn)動(dòng)這一模型。以后的教學(xué)中還不只一次地運(yùn)用這種方法,使本來(lái)很復(fù)雜的問(wèn)題,能夠較容易地入手研究。
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作者簡(jiǎn)介:楚文明,長(zhǎng)春市第二中學(xué),吉林長(zhǎng)春130061