應(yīng)對力學(xué)易錯題型——“小球問題”的策略和方法

周秀玲

力學(xué)是初中物理課程教學(xué)的重要內(nèi)容之一，由于力學(xué)知識的抽象性，對于剛剛接觸物理的初中學(xué)生而言，無疑是一個不小的挑戰(zhàn).筆者從事初中物理教育教學(xué)多年來，一直致力于提升學(xué)生物理解題能力的研究，在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)有關(guān)“小球問題”牽涉到力學(xué)中“運(yùn)動和力”方面的知識較多，多數(shù)學(xué)生由于對相關(guān)物理知識和物理規(guī)律理解不夠透徹，處理問題的方式和手段不夠靈活，從而導(dǎo)致解題的錯誤率相對較高.若能將這類問題的思路真正理清楚、搞明白，不僅突破了難點， 而且將知識形成體系，能鞏固提升學(xué)生解決力學(xué)問題的能力.本文以“小球問題”為研究載體，采取理論與案例相結(jié)合的方式，從三個方面入手循序漸進(jìn)地講解、分析典型案例，以此呈現(xiàn)處理力學(xué)易錯題的策略和方法，以饗讀者.

1基礎(chǔ)入手，摸清原理

例1

將一小球分別豎直上拋、平拋后，小球?qū)鯓舆\(yùn)動？（不計空氣阻力）

涉及知識力和運(yùn)動的關(guān)系.

說明

這個問題可以在課堂上直接用乒乓球來演示，學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，前者先減速向上，達(dá)最高點后，又加速下落（圖1）；后者曲線下落（平拋運(yùn)動，如圖2所示）.但教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識對該現(xiàn)象進(jìn)行解釋，摸清其中的原理，才能真正掌握力與運(yùn)動的實質(zhì).

解題思路

首先分析小球離手后的受力情況，再根據(jù)受力情況來判斷運(yùn)動情況.學(xué)生已有的知識儲備是：小球不受力或受平衡力時，將保持勻速直線運(yùn)動或靜止?fàn)顟B(tài)；受非平衡力時，小球的運(yùn)動狀態(tài)將不斷改變.

解析

本題中的小球被拋出后，在不計空氣阻力的情況下，只受到豎直向下的重力作用，因此，豎直上拋后，小球由于慣性繼續(xù)向上，但由于受到的重力方向和運(yùn)動方向恰好相反，故減速向上，當(dāng)速度減至零（即最高點）后，再加速下落（自由落體運(yùn)動）.

而平拋出去的小球，由于初速度方向和受力方向不在一條直線上，所以做曲線運(yùn)動（運(yùn)動狀態(tài)在不斷改變）.教師可以進(jìn)一步指出：將小球的運(yùn)動分解為水平和豎直兩個方向的運(yùn)動.豎直方向上，小球的初速度是零，離手后，小球因只受重力作用而向下做自由落體（加速）運(yùn)動；水平方向上，小球初速度不為零，離手后該方向上又不受力，根據(jù)牛頓第一運(yùn)動定律知，保持勻速直線運(yùn)動.合成起來，小球既要向下加速運(yùn)動，又要水平勻速運(yùn)動，即我們看到的曲線（平拋）運(yùn)動了.

點評

這樣詳細(xì)的分析過程，不僅有助于學(xué)生將已學(xué)知識靈活運(yùn)用，也幫助學(xué)生由表及里，剖析了問題的實質(zhì)，而且，這種分解、合成的思路為將來高中物理的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ).

2舉一反三，觸類旁通

例2

在勻速行駛的列車車廂頂上懸吊一個小球A，在A點的正下方車廂地面上有一點B，如圖3所示.若某時刻繩子突然斷裂，小球A將

A.落在B點

B.落在B點的前面

C.落在B點的后面D.都有可能

涉及知識力和運(yùn)動的關(guān)系.

解析

解決這個問題，仍然要先對小球進(jìn)行受力分析，繩子斷裂后，小球只受一個豎直向下的重力，但小球相對于車子是靜止的，故小球相對于車子將做自由落體運(yùn)動，落在懸掛點的正下方.

引申

我們還可以和學(xué)生進(jìn)一步討論兩個問題：

（1）站在地面上的人看到的小球是怎樣運(yùn)動的呢？

例2顯然是相對于車子而言的，若以地面為參照物，小球在做水平勻速直線運(yùn)動，繩子斷裂后，小球只受豎直向下的重力，即類似于例1的平拋運(yùn)動，故站在地面上看下落的小球?qū)⒉皇亲杂陕潴w運(yùn)動，而是平拋運(yùn)動.

（2）若車子在加速（或減速）運(yùn)動，小球會落在何處？

若車子加速，繩子繼裂后，小球在水平方向由于不受力，將保持繩子斷裂時的速度勻速前進(jìn)，慢于加速運(yùn)動的車子，所以將落在B點的左側(cè)；反之，若車子減速，將落在B點的右側(cè).

評析

通過這樣的方式，舉一反三，讓學(xué)生將前后知識聯(lián)系起來，觸類旁通，更透徹地理解力和運(yùn)動的關(guān)系，從而為知識的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ).

3拓展加深，突破難點

例小球從高處下落到豎直放置的輕彈簧上（如圖4甲所示），在剛接觸輕彈簧的瞬間（如圖4乙所示），速度為5 m/s，將彈簧壓縮到最短（如圖4丙所示）的整個過程中，小球的速度v和彈簧縮短的長度Δl之間的關(guān)系如圖4丁所示，其中A為曲線的最高點.已知該輕彈簧每受到0.2 N的壓力就縮短1 cm，并且輕彈簧在受到撞擊到壓縮到最短的整個過程中始終發(fā)生彈性形變.則下列說法中，錯誤的是A.在撞擊輕彈簧到輕彈簧壓縮至最短的過程中，小球的速度先變快后變慢

B.此過程中，彈簧被壓縮時產(chǎn)生的最大彈力為8 N

C.小球在速度最大時受到的彈力和重力是一對非平衡力

D.小球的重力為1 N

及的知識點力和運(yùn)動的關(guān)系；受力分析.

難點突破

該題的難點是，剛撞擊輕彈簧到輕彈簧壓縮至最短的過程中，小球的運(yùn)動情況如何？突破口在于正確的受力分析.

解析

小球接觸到彈簧后，將受到彈簧給它豎直向上的彈力作用，這沒錯，但很多學(xué)生就只考慮到彈力，所以作出“小球立刻做減速運(yùn)動”的錯誤結(jié)論.其實小球無論是否接觸到彈簧，都會受到重力的作用，而且開始的彈簧形變程度小，彈力較小，小于重力，因此小球是加速向下運(yùn)動；當(dāng)彈力增大到與重力相等時，小球的速度最大；小球繼續(xù)向下運(yùn)動時，彈力繼續(xù)增大，大于重力，小球又做減速運(yùn)動，直至速度減為零，此時彈簧壓縮至最短.分析清楚小球的受力和運(yùn)動情況后，再結(jié)合丁圖和題目中的已知條件，自然可以判斷出選項C的說法是錯誤的.

力學(xué)知識，是初中物理中非常重要的內(nèi)容之一，而理清這些“小球問題”的解題思路，對學(xué)生掌握力學(xué)知識、提升力學(xué)解題能力有很大的幫助.首先，應(yīng)讓學(xué)生打好扎實的理論基礎(chǔ)：受力分析、二力平衡條件、慣性、牛頓第一定律、力與運(yùn)動的關(guān)系等知識.再通過有效的方法引導(dǎo)，由淺入深、循序漸進(jìn)地對所學(xué)知識進(jìn)行有效地鞏固和提升，教學(xué)中應(yīng)鼓勵學(xué)生融會貫通，對問題的理解不能只停留在表面，只有挖掘出問題的實質(zhì)原因，才能真正提高學(xué)生解決力學(xué)問題的能力.