于慶霞
(山東省淄博市第六中學(xué) 255300)
物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng),是高于三維目標的更綜合的整體能力的培養(yǎng).這要求我們在教學(xué)過程中,讓學(xué)生更多的探究問題的根源,培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力,讓學(xué)生對知識產(chǎn)生濃厚的興趣.因此,我們要引導(dǎo)學(xué)生追究彈簧的彈力瞬時不變的根本原因,并找出其共同特點,從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的主動性.下面我們以具體問題為例來分析.
例1 輕彈簧接著物體A和B,由細繩堅直懸掛于墻上,如圖1所示,質(zhì)量均為m.細繩和輕彈簧的質(zhì)量不計,整體處于靜止狀態(tài).剪斷繩的瞬時,關(guān)于物體A和B的加速度aA、aB大小,正確的是( ).
圖1
A.aA=aB=0
B.aA=aB=g
C.aA=2gaB=0
D.aA=gaB=0
解析此例題是比較簡單的彈簧瞬時問題,剪斷繩的瞬時,物體A和B沒有移動,所它們中間的彈簧彈力不變.我們在講解時,一般是直接告訴學(xué)生,細線被剪斷的瞬間,彈簧的彈力不發(fā)生變化.球B受力不變,加速度為0.物體A受力為mg+kx,物體A的加速度等于2g.答案選C.
在本例中,學(xué)生自己獨立探究了彈簧問題產(chǎn)生的根源,學(xué)生對知識的理解加深了,學(xué)生的科學(xué)思維能力又得到了鍛煉和提高,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性被調(diào)動了起來,學(xué)生的物理核心素養(yǎng)自然就提高了.
繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考,還有哪些問題也可以用此模型.橡皮繩、彈性繩等在質(zhì)量忽略不計時也有類似的特點,它們受力時所需發(fā)生的形變量大,需要的時間較長.這類模型在瞬時性問題的研究中,我們認為彈力是不變的.而像細鐵絲、細線等,不發(fā)生明顯的形變即可產(chǎn)生彈力,它們的彈力發(fā)生變化時,形變量幾乎為0,變化過程歷時可認為t→0.在研究物體的受力情況發(fā)生改變的瞬間,它們的形變可以突變.這些物體在質(zhì)量忽略不計時我們稱為剛性繩模型,如在例1中,AB之間變?yōu)榧毦€,在剪斷物體A上面的細線瞬間,AB間繩的拉力瞬時變化,AB一起以加速度g加速下落.
圖2
例2兩小球a、b質(zhì)量比為1∶2,a、b之間用彈簧B連接,a分別用細繩和彈簧A與墻連接,細繩保持水平,彈簧A與豎直方向的夾角為60°,如圖2所示,系統(tǒng)處于平衡狀態(tài).已知輕彈簧A的伸長量與B的伸長量相同.以下判斷正確的是( ).
A.輕彈簧A、B的勁度系數(shù)之比為3∶1
B.輕繩與輕彈簧A上的拉力大小之比為3∶2
C.剪斷繩子的瞬間,小球a的加速度大小是3g
D.沿墻剪斷輕彈簧A上端的瞬間,小球a的加速度大小為3g
C.D為彈簧的瞬時問題.
本例D選項中,a球斜向上的力突然消失,并不是因為彈簧的彈力瞬時發(fā)生變化,而是因為彈簧上端的拉力消失.
綜上所述,彈簧的形變量x發(fā)生變化需要時間積累,所以,在瞬時問題中,彈簧的彈力不變.在例1中,彈簧的兩端都有物體,兩物體瞬時所受彈力不變;例2中,彈簧A只有下端有物體,雖然彈簧彈力不變,但下端物體所受彈簧拉力仍是0.