探究彈簧瞬時問題根源 提高學生物理核心素養

于慶霞

(山東省淄博市第六中學 255300)

物理核心素養的培養，是高于三維目標的更綜合的整體能力的培養.這要求我們在教學過程中，讓學生更多的探究問題的根源，培養學生終身學習能力，讓學生對知識產生濃厚的興趣.因此，我們要引導學生追究彈簧的彈力瞬時不變的根本原因，并找出其共同特點，從而培養學生學習物理的主動性.下面我們以具體問題為例來分析.

例1 輕彈簧接著物體A和B，由細繩堅直懸掛于墻上，如圖1所示，質量均為m.細繩和輕彈簧的質量不計，整體處于靜止狀態.剪斷繩的瞬時，關于物體A和B的加速度aA、aB大小，正確的是( ).

圖1

A.aA=aB=0

B.aA=aB=g

C.aA=2gaB=0

D.aA=gaB=0

解析此例題是比較簡單的彈簧瞬時問題，剪斷繩的瞬時，物體A和B沒有移動，所它們中間的彈簧彈力不變.我們在講解時，一般是直接告訴學生，細線被剪斷的瞬間，彈簧的彈力不發生變化.球B受力不變，加速度為0.物體A受力為mg+kx,物體A的加速度等于2g.答案選C.

在本例中，學生自己獨立探究了彈簧問題產生的根源，學生對知識的理解加深了，學生的科學思維能力又得到了鍛煉和提高，學生的學習興趣和積極性被調動了起來，學生的物理核心素養自然就提高了.

繼續引導學生思考，還有哪些問題也可以用此模型.橡皮繩、彈性繩等在質量忽略不計時也有類似的特點，它們受力時所需發生的形變量大，需要的時間較長.這類模型在瞬時性問題的研究中，我們認為彈力是不變的.而像細鐵絲、細線等，不發生明顯的形變即可產生彈力，它們的彈力發生變化時，形變量幾乎為0，變化過程歷時可認為t→0.在研究物體的受力情況發生改變的瞬間，它們的形變可以突變.這些物體在質量忽略不計時我們稱為剛性繩模型，如在例1中，AB之間變為細線，在剪斷物體A上面的細線瞬間，AB間繩的拉力瞬時變化，AB一起以加速度g加速下落.

圖2

例2兩小球a、b質量比為1∶2，a、b之間用彈簧B連接，a分別用細繩和彈簧A與墻連接，細繩保持水平，彈簧A與豎直方向的夾角為60°，如圖2所示，系統處于平衡狀態.已知輕彈簧A的伸長量與B的伸長量相同.以下判斷正確的是( ).

A.輕彈簧A、B的勁度系數之比為3∶1

B.輕繩與輕彈簧A上的拉力大小之比為3∶2

C.剪斷繩子的瞬間，小球a的加速度大小是3g

D.沿墻剪斷輕彈簧A上端的瞬間，小球a的加速度大小為3g

C.D為彈簧的瞬時問題.

本例D選項中，a球斜向上的力突然消失，并不是因為彈簧的彈力瞬時發生變化，而是因為彈簧上端的拉力消失.

綜上所述，彈簧的形變量x發生變化需要時間積累，所以，在瞬時問題中，彈簧的彈力不變.在例1中，彈簧的兩端都有物體，兩物體瞬時所受彈力不變；例2中，彈簧A只有下端有物體，雖然彈簧彈力不變，但下端物體所受彈簧拉力仍是0.