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把辩论引进高中物理课堂

2009-05-07朱鸿祥

数理化学习·教育理论版 2009年3期
关键词:正方反方弹簧

朱鸿祥

传统的教育观念往往把学生置于教学活动的被动地位,不能发挥学生作为学习主体的作用,教师授课多以“满堂灌”的形式出现,扼杀了学生的创造性思维.开展辩论教学,则避免了这种“注入式”的教学方式,为创造性思维开拓了广阔的活动空间.

高三两位学生对下面这道题的解答发生争执,双方互不信服,要求老师仲裁,为分清是非,笔者因势利导组织了一次辩论:全班学生自愿组成正、反两方,模仿辩论赛的方式,对该题展开了一场激烈的辩论.

试题:如图所示,平板车放在光滑的水平面上,一个人从左端加速向右端跑动,设人受的摩擦力为Ff,平板车受到的摩擦力Ff,下列说法正确的是( )

(A) Ff、F′f,均做负功

(B) Ff、F′f,均做正功

(C) Ff做正功,F′f做负功

(D)因为是静摩擦力,Ff、F′f,做功均为零

辩论的焦点是:静摩擦力是否对车做功;静摩擦力是否对人做功;一对静摩擦力做功的代数和是否为零.

辩论一:静摩擦力是否对车做功.

正方的观点是:静摩擦力对车做功,且做正功.论据:小车获得了动能,而功是能量转化的量度,人对车的两个力即压力和静摩擦力,其中压力不做功,则一定是静摩擦力做了功,且做了正功,使其获得了动能.

反方观点是:静摩擦力对车不做功.论据:从做功的条件看,人对车有静摩擦力,但人对车施力过程(即脚抬离车前),脚相对于车并没有发生位移,则人对车没有做功,就和人在地面上走路一样,人对地面没有做功,同时地面对人也没有做功.

正方马上反驳了反方的观点:人脚对车施力过程,脚相对于车确实没有发生位移,但做功条件中的位移不应是相对于车的位移,而是对地的位移,很显然,人脚对车施力过程,人脚每次都有很短的随车后移的对地的位移,因而对方的错误的根本原因在于:对做功的两个因素中的位移理解不正确.对于人在地面上行走的过程,确实人对地面、地面对人的静摩擦力没有做功.

反方对正方这样的辩解心悦诚服,双方达成共识:人对车的静摩擦力做功,且做正功.

辩论二:静摩擦力是否对人做功,做正功还是负功.

正方观点是:做功且做负功.反方观点是:不做功.但基于第一个问题的辩论,反方很快放弃了不做功的观点,转而辩论的问题变成:做正功还是负功.

反方观点“做负功”的论据:根据第一个问题对方的论点,功是能量转换的量度,人获得了动能,车对人的两个力,其中支持力不做功,那人获得的动能一定是静摩擦力做正功的结果.

正方观点“做负功”的论据:人脚受车静摩擦力向前,而脚对车施力过程,位移因脚随车后移而向后,从做功正负的条件来看,功与位移方向相反,故车对人的静摩擦力做负功.

反方马上提出反驳:静摩擦力做负功,对人又没有其它力做功,即人的动能应减少,而为负值,很显然动能是负值是荒谬的.

正方马上回应:对方又犯了一个错误,即对人而言除了车对人的静摩擦力做功外,人本身还消耗能量对自身做功,正像人走路一样,地面对人的静摩擦力虽然没有做功,但人对自己做了正功而获得了动能.

反方反击:做功有两个因素即力和位移,那人对自身做功的力是什么力.

正方回应:先举个例子:把弹簧直立于对面,用手压缩后突然放手,弹簧会弹起一定的高度,很显然地面没有对弹簧做功,而是弹簧自身内部的弹力做功,把弹簧的弹性势能释放出来,而使弹簧获得动能及重力势能.人也同弹簧相似,通过人的机体组织(如肌肉等)的力做功,消耗人体的化学能而获得其他的能量,如这里人所获得的动能.

经过正反双方激励的辩论,对这个问题再次达到共识:车对人做功,且做负功.

辩论三:一对静摩擦力做功的代数和是否一定为零.

反方的观点:一对静摩擦力做功的代数和不一定为零,并举如下例子说明,题中的人如果是伏在单杆上,用力蹬车使车后移,人对车的静摩擦力做正功,不考虑阻力,人对车做的功就等于车所获得的动能,而车对人的静摩擦力做的功,不管是从人获得的动能角度考虑还是从人的位移角度考虑都等于零.

正方反驳:一对作用力与反作用力,一定大小相等,方向相反,这里的一对静摩擦力也不例外,而人脚与车作用过程中,这两个力同时存在,同时消失,每次作用过程,位移相同(脚随车移动过程),人对车的静摩擦力做正功,车对人的静摩擦力做负功,且大小相等,所以代数和为零.至于对方例子中的人,从做功角度考虑,除了车对人的静摩擦力做负功,人自身做了正功,这两个力的总功为零,人没有获得动能.

经过大家的辩论,不仅使同学们达成了对本题的共识:人对车的静摩擦力做正功;车对人的静摩擦力做负功;一对静摩擦力功的代数和一定为零.同时使大家对做功的两个因素、功的计算、功是能量转化的量度等概念、规律的理解更加透彻.

可见,“把辩论引进课堂”能收到较好的教学效果,能给学生以施展才能的机会,有利于提高学生的学习乐趣,有利于突破重点、难点,有利于培养学生的综合能力、提高学生整体素质.

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