培養運動受力分析能力的重要性

按照四川省高考考試規律，理科綜合25題是物理試題的壓軸題，它是歷年理科考生物理分析能力、應考能力的最高鑒別，此題不丟分的學生物理考試成績一定屬上乘，所以在高三復習中怎樣應對物理壓軸題25題是理科優秀學生的熱門話題。讓我們先看看2010年四川理綜試卷中的25題。

如圖所示，空間有場強E=0.5N/C的豎直向下的勻強電場，長l=0.3m的不可伸長的輕繩一端固定于O點，另一端系一質量m=0.01kg的不帶電小球A，拉起小球至繩水平后，無初速釋放。另一電荷量q=+0.1C、質量與A相同的小球P，以速度V.=3m/s水平拋出，經時間t=0.2s與小球A在D點迎面正撞并粘在一起成為小球C，碰后瞬間斷開輕繩，同時對小球C施加一恒力，此后小球C與D點下方一足夠大的平板相遇。不計空氣阻力，小球均可視為質點，取g=10m/s。

(1)求碰撞前瞬間小球P的速度。

(2)若小球C經過路程s=0.09m到達平板，此時速度恰好為0，求所加的恒力。

(3)若施加恒力后，保持平板垂直于紙面且與水平面的夾角不變，在D點下方任意改變平板位置，小球C均能與平板正碰，求出所有滿足條件的恒力。

該題的解法來源于對A與P球的運動與受力分析。A與P球在未相遇時，A做機械能守恒的變速圓周運動，P做合力恒定的類平拋運動，加速度a==15m/s，經過0.2s時P的大小方向均是確定的且可求，此時P與A球迎面正碰，A、P二球的速度在一條直線上方向相反。A球的速度方向恒與輕繩垂直，D的位置(與豎直方向的夾角、到A點的豎直距離)可求。由機械能守恒可求出A球到D點時的速度，再由動量守恒可求粘合在一起的C球速度。斷繩后，C球有初速度，受重力、電場力與新添恒力(三力的合力仍為恒力)，C可能做勻變速直線運動，也可能做勻變速曲線運動，要求考生能作進一步的判斷。由第二問，小球C到擋板時的速度為0，小球C一定是做勻減速直線運動，恒力作用下的曲線運動中速度不可能為0。在第三問中，要保證C與板正碰，一是初速度與擋板垂直，C后來做直線運動，到達擋板時與板正碰。只要新加恒力能讓物體C做勻加速運動，按條件無論怎樣移動擋板的遠近，C球都要與擋板正碰。二是C的初速度與擋板不垂直，物體C做曲線運動，到達擋板時速度方向恰好與擋板垂直，這種情況下恒力的大小與方向取決與擋板與D的遠近，與題意不符。所以出現第三問中的現象只能是小球C做勻加速直線運動。有了上面的認識就找到此題各問的解法，從類平拋運動規律可求第一問;由三力合力與C的初速度共線反向的條件可求第二問;由三力的合力與C的初速度共線同向的條件可求第三問。因此一個沒有較好的運動與力的分析能力的學生是不可能做對這個試題的。此題在區分考生能力方面有極高的區分度，從考試擇優角度來說它是一個難得的好題。

無論是高中物理教材本身還是物理教師全部的課堂教學實踐，無不都在圍繞培養學生的運動與力的分析能力。

不需要力來維持的運動是勻速直線運動，別的運動，因其運動狀態不斷地變化，必須有對應的力來完成這種運動狀態的的變化。如勻變速直線運動，要受到一個與速度共線的恒力;勻速圓周運動，要受到一個大小不變方向一直指向定點(圓心)的力;類平拋運動，要受到一個與初速度垂直的恒力;簡諧運動，要受到在一條直線上方向指向定點(平衡位置)、大小與位移成正比的力，即:f=-kx;實際雨滴的運動，可看成受到一個合力向下逐漸減小最后為零的運動。物體之所以能完成各種各樣的運動，這取決于初速度與各力的多種變化情況。這些力由誰來提供，這就是高中物理要研究的問題了。

在高中物理第一章《力》，研究了產生重力、彈力與摩擦力的規律，要求學生明確知道認識一個力的實質是知道這個力的三要素即大小、方向和作用點，并能用力的圖示(形象的方法)和解析的方法去表達出一個已知力。同時要求學生能通過受力分析的方法去分析未知力和確定未知力。教材中還要求學生了解力的效果之一是讓物體產生形變，兩個以上的力可以用一個力去等效代替，出現了力的合成與力的分解的矢量運算即平行四邊形定則。

學習力不是目的，教師要引導學生去研究大千世界物體為什么有各種各樣的運動。在第二章《運動》中開始向學生介紹研究運動的最基本的方法，要求學生能獨立研究簡單的運動——勻變速直線運動。這個運動有兩個特點，運動規律稍微比勻速直線運動復雜一點，但在運動狀態變化中卻是最簡單的一種，后一特性與力發生了聯系。

第三章《牛頓運動定律》引導學生去認識力與運動的關系，首先要突破在生活中形成的錯覺:力是形成運動的原因。要讓學生能透過現象看本質，得出力不是維持運動的原因，而是改變運動狀態的原因;力不是與運動物體的速度發生聯系，而是與量度運動狀態改變快慢的物理量加速度發生聯系，即牛頓第一、第二定律。從這一章后“運動”與“力”被綁在了一起。

第四章《物體的平衡》引導學生去認識一個運動中最特殊的現象:加速度為零的現象即平衡。物體要處在這個狀態中應滿足的條件是不受力或合力為零。

為了擴大學生研究運動與力的能力，在第五章《曲線運動》一章中引導學生去認識物體做曲線運動的條件，了解通過控制力的變化來完成各種各樣的運動。為了提升學生形成一點研究曲線運動的能力，向學生介紹運動的合成與分解的方法，這樣物理學家研究運動與力的最基本的方法便呈現在高中學生面前了。

第六章《萬有引力定律》進一步引導學生認識重力的產生原因，讓學生認識到有質量的物體間一定存在著萬有引力，它是改變天體運動狀態的力，進一步認識力與運動的關系，解釋了行星為什么要繞著太陽旋轉，讓學生感受了現代行天技術的魅力。

教材沒有就此停留這里，在《機械振動》中簡諧運動將受變力的運動展現在學生面前，不過于強調解析研究法，但卻突出了圖像法研究這種運動的魅力，在學生的運動學詞庫中出現了“加速度減小的加速運動”、“加速度增大的減速運動”，等等。

同時在引導學生去認識力對運動物體的作用不僅僅在于可以改變運動狀態，還可以改變它的能量與動量。在《機械能》一章中，介紹的動能定理就是力引起運動物體的能量發生變化的量度;在《動量》一章中，介紹的動量定理就是力引起運動物體的動量發生變化的量度。這樣在解決運動與力的問題中可以從力對運動物體的任何一個作用中去著手分析，達到求解的目的。

以后的兩本物理書是否不再涉及運動與力呢?答案是否定的。教師將進一步引導學生去認識物質世界中形成力的多種原因。在熱學中，引導學生認識分子力及特性;在電場中，引導學生去認識電場力的形成與特性;在磁場中，引導學生去認識磁場力的形成與特性;在原子核中，引導學生去認識核力的特性……可以這樣說，物理學的繼續發展將把更多的形形色色的力揭示出來，人類每認識一個新力，物理學就會前進一大步。

在引導學生形成運動與力的研究方法的過程中培養出能力不僅有助于物理知識的學習和研究，而且能幫助學生提高解決在社會活動、生活中遇到的問題。可以這樣說，整個高中物理教學把培養學生分析運動與力的能力放在了首位。綜上所述，物理高考試卷中把考查學生運動與力的分析能力作為重點也就理所當然了。可以這樣說，一個考生結合試題能說出“物體是怎樣受力，從起點做各種運動到達了終點”，他一定找到了解決這個問題的方法。