高中物理“力與運動”常見問題探微

王紅燕

高中物理“力與運動”包括靜力學、動力學、運動學三個板塊，占據很重要的地位，同樣也是學生很容易產生困擾的內容。將力學和運動學結合在一起，體現了知識的連接性，能更好地培養學生的理解能力和思考能力。本文將通過對物體平衡狀態、勻變速運動、平拋運動、天體運動內容的講解，將運動性質與運動過程緊密結合在一起，進而讓學生對此部分知識有更深入的理解，為之后學習電場、磁場知識打下堅實的基礎。

一、物體平衡，正交分解

物體的平衡狀態一般是作為題目中的條件來讓學生解讀的，要想研究物體的平衡狀態，需要對其進行受力分析，然后找到平衡的條件，再進行正交分解。

例1：把質量為m的物體放在傾角為？夼的固定斜面上，滑塊和斜面表面之間的動摩擦因數為μ。假設物塊的滑動摩擦力大小就是最大的靜摩擦力，重力加速度取g，則（ ）。

A.物塊從靜止往下滑動，如果μ>tan？夼，滑塊將不動

B.滑塊起初有初速度，如果μ

C.沿斜面方向去拉物塊，讓其勻速滑動，如果μ=tan？夼，拉力大小應為mgsin？夼

D.沿斜面方向向上拉物塊，使其勻速運動，如果μ=tan？夼，拉力大小應是2mgsin？夼

將滑塊由靜止釋放，如果滑塊下滑，說明重力沿斜面向下的分力大于最大靜摩擦力，進而打破了平衡狀態，重力的分力為mgsin？夼，那么最大靜摩擦力的大小μmgcos？夼就要小于mgsin？夼，即μ需小于tan？夼。當給滑塊沿斜面向下的初速度，當μ

在平衡問題中，還有一類問題是動態平衡問題。這類題目只要掌握了技巧，就會變得很簡單。圖中的桿件都是輕桿，并且全是光滑的，在將細繩慢慢往左拉的過程中，兩桿之間的夾角？夼就會逐漸減小，此時研究拉力F以及BO桿所受壓力的改變。解決的方法就是尋找相似三角形，力FN的邊對應的是桿OB的長度，所以大小是恒定不變的。而FN與物體的重力G的合力在逐漸減小，說明拉力F也在逐漸減小。

對物體平衡狀態進行研究，需要找尋促使物體達到平衡的各個力，然后去分析力之間的關系，包括方向和大小。學生只有掌握方法，問題才會迎刃而解。

二、直線運動，變速情景

在高中階段引入了加速度的概念。運動的物體由于受到力的作用，進而表現出不平衡的狀態，速度會不斷變化。解決這類問題，需要分析、整理整個過程，配合必要的物理計算來輔助思考，會使問題變得簡單。

例2：兩物體甲和乙在同一條線路上進行運動，0-0.4s的v-t圖如下。如果只有這兩物體之間相互影響，那么物體甲與乙的質量之比和圖中時間t1分別為多少？

從圖像中可以讀出一些必要的信息，乙在做勻減速運動，甲在做勻加速運動，在t1的時間內，乙的速度變化量是甲速度變化量的3倍，也就是說a乙=3a甲。根據牛頓第二定律可知，F=ma，兩物體間是存在相互作用的，可能發生的是速度交換，F的大小是相同的，那么就是m甲=3m乙。由圖中的條件可以得出，乙的加速度為10m/s2，當速度減為1m/s的時候，需要0.1s，速度就會變為0，所以t1=0.30s。兩個物體之間力的作用引起了運動狀態的改變。當一個物體受到多個力的作用時，如“一個木塊在光滑的水平面上受到恒力作用而運動，前方固定有一勁度系數足夠大的水平彈簧，當木塊接觸到彈簧后……”可以想到，在這個過程中，物塊的運動狀態發生了多次改變，需要仔細研究。開始沒有接觸到彈簧的時候，物塊在水平方向只受到F的作用，做勻加速直線運動。當接觸到彈簧的時候，物塊是有速度的，此時的彈簧開始慢慢壓縮，產生與力F方向相反的彈力，此時物塊受到的合力還是沿力F的方向，但是在逐漸減小，加速度a也在逐漸減小，而速度v還是在增大。直到彈簧的彈力與力F的大小相同時，物塊受到的合力為0，速度達到最大，物塊還會繼續運動。之后物塊所受的合力方向就會與運動方向相反，開始做減速運動，直到速度為0，然后運動的方向就會發生改變。

解決這類問題的時候，每一步都要萬分小心，不能急功近利，需要把每次的狀態改變都找出來。教師要指導學生學會分析，進而提高物理學科素養。

三、圓周運動，知識遷移

解決圓周運動問題要緊緊抓住運動的合成與分解，在分析的過程中深思熟慮。圓周運動是高中物理中非常重要的運動狀態，不僅僅會在運動學中考查，在電磁場的綜合研究中也會考查，須要學生掌握。

對圓周運動進行研究，需要找出提供向心力的那個力，還需要分析物理量之間的關系。

例3：在水平轉盤上有質量為m的物體，當物體到轉軸的距離為r時，連接物塊和轉軸的繩剛好被拉直（繩上的張力為零）。物體和轉盤間的最大靜摩擦力是其正壓力的μ倍。當轉盤的速度為■和■時，分別求此時繩子的拉力。

當轉盤開始轉動的時候，首先由摩擦力來提供向心力，如果角速度再增大，細繩就需要有拉力的作用了。比如當轉盤的角速度變為■時，首先要考慮由最大靜摩擦力來提供向心力，μmg=mw2r，解得w=■，此時繩子不用提高拉力就能滿足要求。但是當w變為■時，就需要拉力了，F+μmg=mw2r，解得F=■。而有些問題就需要對物體進行受力分析，有時候是力的分量來提供向心力，而且還要注意物體做圓周運動的半徑，避免步入陷阱中去。

在解決圓周運動的問題時，首先要掌握線速度、角速度、向心加速度等物理量之間的關系。教師應將這些問題的情況總結出來，讓學生熟練掌握。

四、天體運動，萬有引力

天體運動的知識是高考的必考點，它建立在圓周運動的基礎上，是對圓周運動更深層次的研究。在研究天體運動的時候，要注意分析運動性質。

在“天體運動”的教學中，我讓學生嘗試著去推導天體的密度。根據密度公式？籽=■得出V=■？仔R3。然后結合萬有引力公式，■=■R，得M=■R3，再將M代入到密度公式里就可以了，其實這就是以前學過的知識的簡單結合。學生之所以感覺難，是因為教師將所有的工作都做了，學生對教師太依賴。另外，還有一種過程很簡單，但是學生在接觸時很難想明白的問題——多星問題。天體之間的運動是遵循萬有引力定律的，憑借學過的知識踏踏實實去思考就能解決。比如說“雙星問題”，兩個天體圍繞著它們連線上的一點做勻速圓周運動，用彼此的吸引力來提供向心力，角速度是相等的。兩個天體之間的距離為r，r=r1+r2。通過萬有引力提供向心力來列公式，G■=m1w2r1，G■=m2w2r2，將式子進行聯立就能得出r1=■r，這樣問題就能得到解決了。三星、四星問題也是通過同樣的思維方式來解決的。

對于天體運動問題，學生必須自己動手才能弄清思路，單純地記結論是不可能將知識理解透徹并熟練掌握的。在平時的學習中，我要求學生必須認真對待每一道題，不要感覺簡單就不動筆。

總而言之，力與運動之間的關系非常緊密。由于力的存在，物體的運動狀態才會發生改變，包含的情況較多，學生容易思維混亂。教師只有將每種情況的思考方式都傳授給學生，引導學生動腦思考，才能提高學生的物理學科素養。