例談在初中物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生受力分析的習(xí)慣

陳潔蕾

【摘要】初中學(xué)生在做力學(xué)題目時(shí)做錯(cuò)的主要原因大多是沒(méi)有對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，或是錯(cuò)誤的受力分析，因此培養(yǎng)學(xué)生的受力分析習(xí)慣對(duì)解決力學(xué)問(wèn)題非常重要，也對(duì)今后學(xué)習(xí)高中知識(shí)有很大幫助。本文通過(guò)幾道例題來(lái)談?wù)勗诔踔薪虒W(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生受力分析的習(xí)慣。

【關(guān)鍵詞】初中物理;受力分析

我在初中物理教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生進(jìn)入八年級(jí)下冊(cè)學(xué)習(xí)力學(xué)之后開(kāi)始覺(jué)得物理難，主要是因?yàn)榻鉀Q問(wèn)題時(shí)，學(xué)生僅憑做題的經(jīng)驗(yàn)分析，而沒(méi)有對(duì)物體進(jìn)行受力分析，題目稍有變化就不知道如何入手或是判斷錯(cuò)誤?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》提出：讓學(xué)生學(xué)會(huì)用物理知識(shí)和方法來(lái)解決問(wèn)題。我們?cè)诮虒W(xué)中不僅要教會(huì)學(xué)生物理知識(shí)，還要教會(huì)學(xué)生掌握物理方法來(lái)解決問(wèn)題，而受力分析就是其中一種。

在學(xué)習(xí)完摩擦力時(shí)，我給學(xué)生做了一道2013年的廣州中考題：

如圖甲所示，小明順著豎直的桿勻速下滑。

第（1）小問(wèn)，多數(shù)學(xué)生們能正確畫(huà)出小明受到豎直向下的重力和豎直向上的摩擦力;而第（2）小問(wèn)，多數(shù)學(xué)生錯(cuò)答“>”;第（3）小問(wèn)，多數(shù)學(xué)生錯(cuò)答“向下”。問(wèn)答錯(cuò)的同學(xué)選錯(cuò)的原因：第（2）小問(wèn)因?yàn)槔K比桿粗糙，所以沿繩下滑受到的摩擦力大于沿桿下滑受到的摩擦力;第（3）小問(wèn)因?yàn)樾∶飨蛏吓?，摩擦力的方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，所以摩擦力方向向下。

我認(rèn)為這道題容易做錯(cuò)的根本原因就是：學(xué)生僅根據(jù)以往的做題經(jīng)驗(yàn)做判斷，沒(méi)有對(duì)物體進(jìn)行受力分析。第（2）小問(wèn)中，若學(xué)生根據(jù)小明的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行受力分析，小明沿繩勻速下滑時(shí)受到豎直向下的重力和豎直向上的摩擦力，可知小明二力平衡，摩擦力等于重力，重力大小不變，摩擦力大小也不變，便可得出沿繩勻速下滑的摩擦力等于沿桿勻速下滑的摩擦力。同樣，第（3）小問(wèn)根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行受力分析，可知摩擦力與重力二力平衡，就能得出摩擦力的方向與重力方向相反的答案。

如果第（2）（3）小問(wèn)的題目中也要求畫(huà)出小明豎直方向受到的力，答對(duì)的學(xué)生數(shù)量會(huì)大大增加?？梢?jiàn)，受力分析是解決物理力學(xué)問(wèn)題的基本方法。因此培養(yǎng)學(xué)生解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)進(jìn)行受力分析的習(xí)慣很重要。

習(xí)慣的養(yǎng)成是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，我們從新授課開(kāi)始就要有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)受力分析解決問(wèn)題的習(xí)慣，充分發(fā)揮教師的示范作用，在講解例題時(shí)向?qū)W生示范利用受力分析解決問(wèn)題，而不是為了節(jié)省時(shí)間口頭分析出答案。利用受力分析解決問(wèn)題的過(guò)程：確定研究對(duì)象→根據(jù)題目條件結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行受力分析→利用受力分析作為依據(jù)解決問(wèn)題。

一、確定研究對(duì)象

在上面那道中考題中，人的身體多處與桿接觸受到摩擦力，如果直接在人身上畫(huà)受力分析，可能有學(xué)生會(huì)畫(huà)出多個(gè)摩擦力。在這種物體的大小、形狀可以忽略的情況下，我們把它簡(jiǎn)化成一個(gè)有質(zhì)量的物質(zhì)點(diǎn)，也就是高中講的質(zhì)點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)中讓學(xué)生把物體受到的所有力畫(huà)在同一個(gè)點(diǎn)上，這樣學(xué)生受力分析就不容易出錯(cuò)。

如果題目中不只一個(gè)物體，我們就要根據(jù)題目的要求選擇合適的研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象受力分析時(shí)，注意不能把研究對(duì)象施于另外物體的力錯(cuò)加在研究對(duì)象上。

學(xué)生答題時(shí)如果不進(jìn)行受力分析，第一個(gè)空能很快判斷出彈簧測(cè)力計(jì)B，但是未必能解釋明白原因;第二個(gè)空就會(huì)錯(cuò)答彈簧測(cè)力計(jì)C。但是我們進(jìn)行受力分析后答案和解析就很清楚了。

此題有兩個(gè)物體——木塊、木板，要對(duì)哪個(gè)物體受力分析呢？我們要看清楚題目要求，第一個(gè)空問(wèn)木板對(duì)木塊的摩擦力大小等于哪個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，研究對(duì)象為木塊，木塊靜止，對(duì)木塊進(jìn)行受力分析，木塊相對(duì)木板水平向左運(yùn)動(dòng)，木板對(duì)木塊的摩擦力與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反，所以水平向右，見(jiàn)圖1。由木塊力的示意圖可知，木塊受到的摩擦力f與彈簧測(cè)力計(jì)BFB的拉力二力平衡，可知木板對(duì)木塊的摩擦力大小等于彈簧測(cè)力計(jì)B的示數(shù)。

第二個(gè)空問(wèn)木塊對(duì)木板的摩擦力大小等于哪個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)，研究對(duì)象為木板，對(duì)木板進(jìn)行受力分析，根據(jù)木塊對(duì)木板的摩擦力與木板對(duì)木塊的摩擦力是相互作用力，方向相反，所以木塊對(duì)木板的摩擦力方向水平向左，見(jiàn)圖2。此時(shí)就能發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)C的大小等于木塊對(duì)木板的摩擦力與地面對(duì)木板的摩擦力的合力。因此，要根據(jù)木塊對(duì)木板的摩擦力與木板對(duì)木塊的摩擦力是相互作用力來(lái)判斷，它們大小相等，第二個(gè)空的答案還是彈簧測(cè)力計(jì)B。對(duì)木板進(jìn)行受力分析之后，很多同學(xué)都能說(shuō)出不是彈簧測(cè)力計(jì)C的原因了。

如果題目中同一個(gè)物體所處環(huán)境發(fā)生了變化，受到的力不一樣了，我們就要重新對(duì)它進(jìn)行受力分析，如例2中的情境。

例2 已知正方體木塊的邊長(zhǎng)為10cm，細(xì)線的一端與木塊底部相連，另一端固定在容器底，如圖甲所示（容器的高比細(xì)線與木塊邊長(zhǎng)之和大得多，且細(xì)線可承受的拉力足夠大）?，F(xiàn)向容器中慢慢加水，如圖乙所示。用F浮表示木塊受到的浮力，用h表示容器中水的深度，圖丙為F浮隨深度h變化的關(guān)系圖象。

（1）求木塊剛放入容器時(shí)對(duì)容器底部的壓強(qiáng);

（2）作出木塊在丙圖CD段的受力示意圖，表明所受各力的大小。

雖然此題兩個(gè)小問(wèn)都是問(wèn)同一物體——木塊，但是木塊剛放入容器時(shí)所受到的力與木塊在CD段所受到的力不同，因此我們要分段進(jìn)行受力分析。第（1）小問(wèn)的研究對(duì)象是“剛放入容器的木塊”，第（2）小問(wèn)的研究對(duì)象是“CD段的木塊”。

要完成這道題，必須理解加水整個(gè)過(guò)程木塊受力的變化。因此，除了把兩個(gè)小問(wèn)中的兩個(gè)階段對(duì)木塊進(jìn)行受力分析，還把其他階段的木塊都進(jìn)行受力分析。

①丙圖O點(diǎn)，木塊剛放入容器時(shí)，還沒(méi)開(kāi)始加水，此時(shí)木塊只受到重力和支持力，力的示意圖見(jiàn)圖3，沒(méi)有受到浮力。

②丙圖OA段，開(kāi)始加水至木塊離開(kāi)容器底部前，此時(shí)木塊受到重力、支持力、浮力，力的示意圖見(jiàn)圖4，隨著水的深度增加，浮力逐漸增大，支持力減小。

③丙圖AB段，木塊離開(kāi)容器底部，加水至繩子拉緊前，此時(shí)木塊受到重力和浮力，力的示意圖見(jiàn)圖5，浮力大小不變。

④丙圖BC段，繩子拉緊對(duì)木塊有向下的拉力，加水至木塊浸沒(méi)前，此時(shí)木塊受到重力、浮力、拉力，力的示意圖見(jiàn)圖6，浮力逐漸增大，拉力增大。

⑤丙圖CD段，木塊浸沒(méi)在水中，此時(shí)木塊受到重力、浮力、拉力，力的示意圖見(jiàn)圖7，浮力不變，拉力不變。

畫(huà)完整個(gè)過(guò)程的木塊力的示意圖，學(xué)生對(duì)整個(gè)過(guò)程有了清晰的理解，不管題目問(wèn)題設(shè)在哪個(gè)過(guò)程，學(xué)生都能弄清楚力的關(guān)系了。

此題中的5個(gè)力的示意圖中的研究對(duì)象都是木塊，但是因?yàn)榧铀^(guò)程中不同階段的木塊受到的力不同，所以受力分析時(shí)要分段，研究對(duì)象要選擇不同階段時(shí)的木塊，才不會(huì)出現(xiàn)混亂，才能正確畫(huà)出力的示意圖。

2.注意受力分析的順序

學(xué)生受力分析出錯(cuò)的原因往往是判斷時(shí)僅憑自己的感覺(jué)，不是根據(jù)力的概念去分析，沒(méi)有條理，容易多畫(huà)或少畫(huà)力。我們可以引導(dǎo)學(xué)生按順序分析：一般先分析非接觸力，如重力（地球附近的所有物體都受到重力）、靜電力、磁場(chǎng)力等;再分析接觸力，看研究對(duì)象是否與其他物體接觸，分析接觸面是否存在彈力（拉力、壓力、推力、支持力等）;三看產(chǎn)生彈力的接觸面是否光滑，分析是否存在摩擦力。其中學(xué)生比較容易出錯(cuò)的是判斷接觸面是否對(duì)研究對(duì)象有彈力，我們可以用“撤去法”分析。假設(shè)撤去此接觸面，看研究對(duì)象能否保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如果運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，則此接觸面對(duì)研究對(duì)象沒(méi)有彈力;如果運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，則接觸面對(duì)研究對(duì)象有彈力。

例3 下圖球A、B靜止，作出球A、B所受力的示意圖。

如果撤去墻壁，球A不能保持靜止?fàn)顟B(tài)，會(huì)向左擺動(dòng)，因此墻壁對(duì)球A有向右的彈力，力的示意圖見(jiàn)圖8;如果撤去墻壁，球B還能繼續(xù)保持靜止?fàn)顟B(tài)，因此墻壁對(duì)球B沒(méi)有彈力，力的示意圖見(jiàn)圖9。

3.結(jié)合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析

受力分析時(shí)還要結(jié)合研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

例4 如圖所示，物體A放在B上，在水平拉力F作用下物體A、B一起運(yùn)動(dòng)，不計(jì)空氣阻力，畫(huà)出以下運(yùn)動(dòng)下物體A的受力示意圖。

（1）A、B一起向右做勻速直線運(yùn)動(dòng);

（2）A、B一起向右做加速直線運(yùn)動(dòng)。

A、B一起運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，做對(duì)這題的關(guān)鍵是在判斷兩種不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中物體A是否受到B的靜摩擦力。第（1）小問(wèn)中，物體A做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在水平方向上A受力平衡或不受力，由此可知A在水平方向上沒(méi)有受力，受力示意圖如圖10;第（2）小問(wèn)中，由物體A向右做加速直線運(yùn)動(dòng)可知，A在水平方向上受力不平衡，那么肯定有受到B的靜摩擦力，方向與加速運(yùn)動(dòng)方向相同，受力示意圖如圖11。

由此例題看出不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，物體的受力分析往往是不一樣的。所以在教學(xué)過(guò)程中也要訓(xùn)練學(xué)生受力分析時(shí)注意結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這樣才不容易出錯(cuò)。

二、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，受力分析是解決力學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)方法。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生利用受力分析解決問(wèn)題的習(xí)慣，這樣學(xué)生才能在遇到新情境、新問(wèn)題時(shí)找到有效的解決方法，也對(duì)以后適應(yīng)高中物理的學(xué)習(xí)也有很大幫助。

【參考文獻(xiàn)】

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