探尋問(wèn)題解決的基本方法
——對(duì)2020年江蘇高考物理試題第5題的分析與思考

劉東新

(江蘇省溧陽(yáng)市光華高級(jí)中學(xué) 213300)

一、高考試題原題鑒析

例1(2020年江蘇卷第5題)中歐班列在歐亞大陸開(kāi)辟了“生命之路”，為國(guó)際抗疫貢獻(xiàn)了中國(guó)力量.某運(yùn)送防疫物資的班列由40節(jié)質(zhì)量相等的車(chē)廂組成，在車(chē)頭牽引下，列車(chē)沿平直軌道勻加速行駛時(shí)，第2節(jié)對(duì)第3節(jié)車(chē)廂的牽引力為F.若每節(jié)車(chē)廂所受摩擦力、空氣阻力均相等，則倒數(shù)第3節(jié)對(duì)倒數(shù)第2節(jié)車(chē)廂的牽引力為( ).

命題立意本題的題干中，以今年疫情為背景，陳述我國(guó)利用中歐班列為其他國(guó)家運(yùn)送物資的真實(shí)故事，體現(xiàn)了大國(guó)擔(dān)當(dāng)，滲透立德樹(shù)人的教育思想．考察的知識(shí)點(diǎn)是牛頓定律，但是研究對(duì)象是多個(gè)物體，本題的難點(diǎn)是研究對(duì)象的選取．

試題簡(jiǎn)析設(shè)每節(jié)車(chē)廂質(zhì)量為m，受到的阻力(包括摩擦力、空氣阻力)大小均為f；把40節(jié)車(chē)廂分成兩個(gè)部分來(lái)看，前2節(jié)為一部分，后面38節(jié)看成另一個(gè)部分，如圖1，對(duì)后面38節(jié)車(chē)廂列牛頓第二定律：

F-38f=38ma

(1)

把最后2節(jié)車(chē)廂作為一個(gè)整體，如圖2，設(shè)倒數(shù)第3節(jié)對(duì)倒數(shù)第2節(jié)車(chē)廂的牽引力為F'，對(duì)這兩節(jié)車(chē)廂列牛頓第二定律：

F′-2f=2ma

(2)

解(1)(2)兩式可求得答案為C．

在老師看來(lái)非常容易的事情，學(xué)生做起來(lái)卻比較難，難就難在為什么取后38節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象？取第3節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象不行嗎？為什么又要取最后兩節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象？取第39節(jié)車(chē)廂為研究對(duì)象不行嗎？還有沒(méi)有更基本的解決方法？

對(duì)于這類(lèi)連接體問(wèn)題，如果我們?cè)诮虒W(xué)中從易到難，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，然后找到解決連接體問(wèn)題的一般規(guī)律和基本方法，做到融會(huì)貫通，那么這些連接體問(wèn)題做起來(lái)就會(huì)輕松不少．

二、從基礎(chǔ)題入手，探究解決連接體問(wèn)題基本方法

例2質(zhì)量分別為m、2m的甲、乙兩個(gè)木塊置于光滑水平桌面上，在水平推力F作用下做加速度為a的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，求甲對(duì)乙的作用力大?。?/p>

試題簡(jiǎn)析取甲、乙整體為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得：

F=3ma

(3)

單獨(dú)對(duì)乙列牛頓第二定律：

F甲乙=2ma

(4)

變式1若兩個(gè)木塊與水平面間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為μ，其他條件不變，求甲對(duì)乙的作用力大小．

仍然取甲、乙整體為研究對(duì)象，由牛頓第二定律得：

F-3μmg=3ma

(5)

單獨(dú)對(duì)乙列牛頓第二定律：

F甲乙-2μmg=2ma

(6)

規(guī)律總結(jié)1甲、乙之間作用力大小與接觸面有無(wú)摩擦無(wú)關(guān)．

變式2 在變式1的情景下，若甲木塊質(zhì)量為m保持不變，乙木塊的質(zhì)量換成3m或0.5m，其他條件不變，那么甲對(duì)乙的作用力分別為多大？

三、在掌握基本方法的前提下，探究情景更為復(fù)雜的問(wèn)題

例3如圖4所示，有A、B兩物體，質(zhì)量分別為mA、mB，用不可伸長(zhǎng)的輕繩連接后放在光滑的斜面上，對(duì)B施加平行斜面向上的力F使A、B一起沿斜面向上做勻加速運(yùn)動(dòng)，求輕繩上的拉力大?。?/p>

試題簡(jiǎn)析：對(duì)A、B整體：

F-(mA+mB)gsinθ=(mA+mB)a

(7)

對(duì)A:F繩-mAgsinθ=mAa

(8)

變式3如圖5所示，有六個(gè)完全相同的物體，質(zhì)量均為m，置于粗糙程度處處相同的斜面上，對(duì)物體6施加沿斜面向上的力F，使六個(gè)物體一起沿著斜面向上做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)．求物體3對(duì)物體2的作用力大?。?/p>

試題簡(jiǎn)析題中要求物體3對(duì)物體2的作用力大小，可以將3與2接觸處設(shè)為分界線(xiàn)，將1、2看成質(zhì)量為2m的一個(gè)整體，將3～6四個(gè)物體看成質(zhì)量為4m的另一個(gè)整體，先對(duì)6個(gè)整體：

F-6mgsinθ-6μmgcosθ=6ma

(9)

再對(duì)1、2整體：

F32-2mgsinθ-2μmgcosθ=2ma

(10)

結(jié)合前面幾個(gè)例題以及變式，我們可以很快得出任意相鄰兩個(gè)物塊之間的作用力大小(沒(méi)有約分是為了看起來(lái)更直觀(guān))如表1所示：

表1

四、掌握基本規(guī)律再回看此高考題，一覽眾山小的感覺(jué)