例析力和速度相互制約的典型模型

摘 要：力和速度相互制約的模型在高中物理中非常典型，對(duì)學(xué)生的高階思維是很好的素材．本文就此進(jìn)行深入的探究，將雨滴下落、機(jī)車啟動(dòng)、導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題，從力和運(yùn)動(dòng)、功和能、沖量和動(dòng)量的角度進(jìn)行分析，做出歸納，分析物理過(guò)程，體現(xiàn)物理邏輯，強(qiáng)調(diào)結(jié)論應(yīng)用，給學(xué)生提供解題思路，最終達(dá)到提高解題能力的目的.

關(guān)鍵詞：雨滴下落；機(jī)車啟動(dòng)；電磁感應(yīng)；制約；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G632 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-0333（2023）16-0112-05

收稿日期：2023-03-05

作者簡(jiǎn)介：楊天才（1975.12-），男，四川省岳池人，本科，正高級(jí)教師，從事高中物理教學(xué)研究.

1 問(wèn)題提出

如果力與速度有定量的關(guān)系（如：F=g（v）），物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)力和速度循環(huán)變動(dòng)、相互制約的情況，而打開循環(huán)的唯一出口是合力為0時(shí)，加速度為0，速度恒定（一般取最大，稱為收尾速度），否則循環(huán)會(huì)一直進(jìn)行下去.思維流程如下：

高中物理涉及力與速度相互制約的典型模型主要有：①雨滴下落模型；②恒力作用下的導(dǎo)體切割磁感線模型；③恒定功率作用下的機(jī)車啟動(dòng)模型；④帶電小環(huán)在復(fù)合場(chǎng)中約束桿上加速運(yùn)動(dòng)模型；⑤恒定功率作用下的導(dǎo)體切割磁感線模型，具體見表1：

2 典例品鑒

例1 （2019年北京高考題）雨滴落到地面的速度通常僅為幾米每秒，這與雨滴下落過(guò)程中受到空氣阻力有關(guān).雨滴間無(wú)相互作用且雨滴質(zhì)量不變，重力加速度為g.

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于一般的電磁感應(yīng)問(wèn)題研究思路有三條：一是從力的角度，重點(diǎn)分析外力和安培力作用下物體的平衡狀態(tài)問(wèn)題；二是從能的角度，重點(diǎn)是分析現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題；三是從動(dòng)量的角度，重點(diǎn)是分析安培力的沖量，它是聯(lián)系時(shí)間和位移的橋梁和紐帶，也是解覺問(wèn)題的關(guān)鍵.

如果降落傘以較大的初速度豎直下落，阻力f=kv²，那這個(gè)過(guò)程就是雨滴下落模型的逆過(guò)程，即雨滴先做加速度減小的減速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)加速度為0時(shí)，雨滴以最小速度v_min=mgk勻速運(yùn)動(dòng)直到地面，簡(jiǎn)稱回收模型，例如人造宇宙飛船的回收等，這些都屬于外力與速度有定量關(guān)系.不同問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)能有效提升學(xué)生模型建構(gòu)、科學(xué)推理、綜合分析、質(zhì)疑創(chuàng)新的科學(xué)思維.

物理現(xiàn)像是人類與自然的對(duì)話，學(xué)習(xí)物理不僅要知道它是這樣的，更要知道它為什么是這樣的.做一個(gè)善于歸納總結(jié)的人，這樣才能使教師教得輕松、學(xué)生學(xué)得愉快.

參考文獻(xiàn)：

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[2] 漆安慎，杜嬋英.力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2005.

[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理·教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社，2019.

[責(zé)任編輯：李 璟]