初中物理受力分析能力培養(yǎng)初探

嚴(yán)婕慧

摘 要：力學(xué)教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的重要內(nèi)容之一。力學(xué)教學(xué)中最需要培養(yǎng)的一項(xiàng)能力就是對(duì)物體的受力分析。任何一道力學(xué)問(wèn)題的解決都離不開受力分析。因此，向?qū)W生系統(tǒng)規(guī)范的教導(dǎo)受力分析的思維和方法，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立的受力分析能力就非常具有意義了。

關(guān)鍵詞：受力分析能力；摩擦力；正確思維順序

引言

初中物理教學(xué)作為中學(xué)物理的開始階段，主要的目的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自然、物理的熱愛和興趣。所以在認(rèn)識(shí)力學(xué)也是從實(shí)驗(yàn)入手，在培養(yǎng)學(xué)生興趣的同時(shí)，培養(yǎng)他們的觀察能力和分析能力。下面就以摩擦力的教學(xué)為例說(shuō)明如何在初中教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的受力分析能力。

1 理解什么是受力分析

受力分析是將研究對(duì)象當(dāng)成一個(gè)孤立的物體，并分析出所有外力對(duì)物體產(chǎn)生的結(jié)果之和的一種方法。受力分析主要就是確定這些外力的作用點(diǎn)和方向等。例如重力是地球?qū)ξ矬w的引力就是一種約束物體不容易脫離地球表面的約束力，作用點(diǎn)在物體的中心，方向豎直向下。約束力的大小一般是未知的。但約束力方向有的是可以知道的。比如軟的線和繩的約束力總是拉力，拉緊時(shí)的方向總是沿線和繩；對(duì)于粗糙的接觸面，它的約束力就是摩擦力，方向沿接觸面。由牛頓運(yùn)動(dòng)定律可知，物體是否平衡由外力確定，物體不平衡時(shí)的加速度也是由外力確定的，都與物體內(nèi)部相互作用的內(nèi)力無(wú)關(guān)[ 1 ]。所以解答力學(xué)問(wèn)題時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生有意識(shí)地選取需要的某部分作為研究的對(duì)象，把它從周圍環(huán)境的約束中分割開來(lái)，同時(shí)把周圍對(duì)它的作用力以外力形式標(biāo)記出來(lái)。在物理學(xué)中把解除約束后的物體稱為隔離體，受力示意圖就是畫出它及其所受全部外力的圖，一般情況下作用點(diǎn)全部移到物體中心上同一點(diǎn)。對(duì)物體進(jìn)行正確的受力分析是成功解答力學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵。由于各物體間力的作用是交互的，力不可能離開物體單獨(dú)存在，而任何一個(gè)力學(xué)物體又不可能只涉及到一個(gè)物體。所以在解題時(shí)，根據(jù)題意運(yùn)用“隔離法”畫受力分析圖很有必要。學(xué)生在受力分析過(guò)程中體會(huì)物理知識(shí)的本質(zhì)，有利于學(xué)生更加積極有效的參與物理學(xué)習(xí)，也有利于學(xué)生觀察和分析能力的培養(yǎng)。更為今后力學(xué)問(wèn)題的正確求解培養(yǎng)學(xué)生良好的邏輯思維能力打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 通過(guò)實(shí)踐，掌握正確的思維順序

2.1 正確的思維順序

當(dāng)學(xué)生們能夠理解摩擦力的定義及其決定因素以后，我們就可以讓學(xué)生從一些簡(jiǎn)單的生活應(yīng)用開始逐漸加大思維力度。但是人的思維本就沒有固定的模式，所以就算是同一個(gè)摩擦力的問(wèn)題，同一個(gè)班的學(xué)生可能會(huì)給出好幾種思路。至于哪種模型好？哪種物理過(guò)程應(yīng)該用哪種思維方法？也是要因人而異的。但是就初中物理的摩擦力的各類問(wèn)題還是有規(guī)律可遵循的。在分析物體受力時(shí)，一般應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生掌握如下的思維程序。

2.1.1 確定研究對(duì)象

根據(jù)題意把情景之中要研究的對(duì)象找到并且“隔離”出來(lái)，一般情況下，這個(gè)對(duì)象都是理想化的模型。

2.1.2 找聯(lián)系

在初中物理力學(xué)中，除了重力外，其他力的產(chǎn)生條件之一就是要產(chǎn)生接觸。因此，在對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)，第一先分析地球?qū)ξ矬w的作用力，接著圍繞我們的研究對(duì)象，看與它接觸的物體還有哪些。這些接觸是否有擠壓從而產(chǎn)生彈力，在產(chǎn)生彈力的基礎(chǔ)上再分析是否與接觸的物體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。最后從研究對(duì)象與接觸的物體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)判斷摩擦力的方向，最后綜合物體的狀態(tài)來(lái)判斷力的大小。

2.1.3 觀察研究對(duì)象的狀態(tài)

物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由物體所受到的所有力的效果之和決定的，所以在受力分析之后必須把物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)綜合起來(lái)看。基本上初中階段物體狀態(tài)的分析可以分為兩種，一種是平衡狀態(tài)即靜止?fàn)顟B(tài)或者勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；另一種就是非平衡狀態(tài)即有發(fā)生速度大小或者方向的改變。同時(shí)還要明確這個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的確定參考對(duì)象是誰(shuí)。一般情況下，我們都默認(rèn)地面為參考物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

2.1.4 受力分析

把研究對(duì)象收到的所有力畫成力的示意圖，在畫的過(guò)程中順序遵循之前說(shuō)到的先重力、再?gòu)椓Α⒑竽Σ亮Α７治龅慕Y(jié)果與物體的狀態(tài)聯(lián)系之后便可得到最后的結(jié)果。這其中不乏使用簡(jiǎn)單的整體法和隔離法的思想。

2.2 經(jīng)典例題的實(shí)踐

在學(xué)生多次閱讀這個(gè)思維順序有一定記憶的前提下開始講解一些典型的摩擦力題目，讓學(xué)生在練習(xí)的過(guò)程中體會(huì)和內(nèi)化這樣的思維過(guò)程。從此遇到實(shí)際問(wèn)題也能夠很好地運(yùn)用所學(xué)來(lái)解決，真正做到學(xué)為所用。

（1） 【例題1】

如圖1所示，用力F=30N，按住一重G=10N的木塊，當(dāng)木塊沿豎直方向勻速下滑時(shí)，木塊受到的摩擦力的大小是：

A.10N B.20N C.30N D.40N

這是摩擦力一道經(jīng)典簡(jiǎn)單題，適合在上完摩擦力的第一節(jié)直接在課堂上給學(xué)生拿來(lái)訓(xùn)練思維順序使用。筆者此時(shí)并不著急直接帶領(lǐng)學(xué)生解答此題而是請(qǐng)學(xué)生先來(lái)講解自己的思考過(guò)程，并且給出答案。然后再引導(dǎo)全班同學(xué)一起按照思維順序來(lái)完成這道題的解答。第一步：確認(rèn)研究對(duì)象為物塊。第二步：木塊必然受到了重力，找出與之聯(lián)系的除了一個(gè)直接作用的壓力就是墻壁對(duì)它的支持力。第三步：明確物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也就是平衡狀態(tài)了。第四步：對(duì)它進(jìn)行受力分析并把受力分析的圖畫出如圖2，可知物塊受到墻壁對(duì)它的支持力外還有豎直向上的摩擦力。

（2）【例題2】

如圖3所示，在15N的水平拉力F作用下，木板A在水平地面勻速向右運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，物體B相對(duì)于地面靜止，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為3N，則B所受滑動(dòng)摩擦力方向水平向 （選填“左”或“右”），A受到地面的摩擦力大小為 N。

這道例題的難度相比前一題就復(fù)雜許多，這道例題比較適合學(xué)生基本能夠獨(dú)立分析以后再進(jìn)行訓(xùn)練否則容易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)摩擦力的問(wèn)題產(chǎn)生畏難情緒。

同樣的建議由學(xué)生先闡述自己的解答過(guò)程之后教師再進(jìn)行總結(jié)和理順?biāo)悸贰５谝徊较却_認(rèn)第一小問(wèn)的研究對(duì)象是物塊B；第二步找聯(lián)系先確認(rèn)重力然后還有彈簧測(cè)力計(jì)和物體A與它有聯(lián)系。第三步確認(rèn)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，本題中要小心確認(rèn)相對(duì)于地面物體B是靜止的即物體B是受力平衡的。第四步分析豎直方向重力和支持力是一對(duì)平衡力，水平方向上已知彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)物體B有水平向左的拉力同時(shí)物體B相對(duì)于地面是靜止的，所以物體A必然對(duì)物體B有水平向右的摩擦力，大小為3N。如圖4所示。這樣就完成了對(duì)物體B的受力分析。

緊接著對(duì)物體A進(jìn)行受力分析，在受到重力之外，與它有聯(lián)系的分別是物體B、地面和拉力F，在此之后確認(rèn)物體A的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是勻速向右運(yùn)動(dòng)即物體A此時(shí)也處于平衡狀態(tài)。最后綜合分析可得：豎直方向有重力，壓力和支持力，水平方向上水平向右的拉力15N。物體B對(duì)物體A水平向左的摩擦力大小為3N，這是因?yàn)槲矬wA與物體B兩個(gè)物體之間的摩擦力是一對(duì)相互作用力，兩個(gè)力的大小相同，方向相反并且作用在同一條直線上。此時(shí)水平方向并不平衡所以可以知道地面對(duì)物體A的也有摩擦力而且方向水平向左，大小為12N。受力分析如圖5所示。

3 總結(jié)

初中物理中的力學(xué)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單，受力分析的基礎(chǔ)就是學(xué)生對(duì)物理概念的清晰理解。受力分析的培養(yǎng)是理性思考問(wèn)題習(xí)慣的培養(yǎng)，所以物理課堂上老師要注重如何培養(yǎng)學(xué)生的思維習(xí)慣。在良好的基礎(chǔ)上再加上正確的思維順序，初中相關(guān)力學(xué)問(wèn)題的受力分析基本可以很好的解決，同時(shí)又為高中物理更加復(fù)雜的受力分析問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓利.高中物理受力分析能力培養(yǎng)[J].試題與研究（新課程論壇），2013（26）.