谈高一学生运用牛顿第二定律解决问题的思维障碍

2016-01-12谢素荣

物理通报 2015年9期

关键词：斜面牛顿定律

谢素荣

(无锡外国语学校　江苏无锡　214131)

谈高一学生运用牛顿第二定律解决问题的思维障碍

谢素荣

(无锡外国语学校江苏无锡214131)

摘要：教师在教学中，要努力创造条件让学生思维充分暴露，如有针对性地编制易错习题，先让学生犯错，对易错题的纠错，通过师生的互动交流、学生的分组讨论、个人自查等方法寻找错误，分析原因，让学生在交流讨论中思维碰撞，在纠错中吸取教训，从而促进学生分析问题和解决问题能力的提高．

关键词:受力分析牛顿第二定律案例分析

牛顿第二定律是整个力学知识的核心和基础，而它的研究思想和分析方法则贯穿于整个物理学知识中．牛顿第二定律是高考的热点和重点，所以对牛顿第二定律内容的深刻理解、准确把握是提高学生分析问题和解决问题能力的要求．对高一新生来说该内容是个难点，学生有几个极易犯的错误，现作一些分析如下.

1凭经验多画力

【例1】如图1所示.重为100 N的物体A沿倾角为30°的斜面向上滑动.斜面对物体A的摩擦力大小为10 N(g=10 m/s2)，画出物体A的受力分析图,求物体的加速度.

图1

错解1：受力分析如图2所示.

图2

分析：典型的受生活经验的制约，认为运动需要外力维持，沿斜面向上运动必然受到沿斜面向上的力．然后是研究对象不明确，压力是物体施加给斜面的力，而不是物体受到的力．

错解2：由牛顿第二定律得

mgsinθ+f=ma

f=μmg

分析：凭感觉和记忆认为f=μmg，没有正确的分解力和列出方程．在这里可以让学生证明物体对斜面的压力为

FN′=mgcosθ

证明如下:

由二力平衡得

FN=mgcosθ

由牛顿第三定律FN=FN′，则

FN′=mgcosθ

这样可以有效地帮助学生纠正错误.

正解:如图3由牛顿第二定律得

mgsinθ+f=ma

f=μmgcosθ

解得

a=6 m/s2

图3

【例2】如图4所示，质量M=60 kg的人通过光滑的定滑轮用绳拉着m=20 kg的物体，当物体以加速度a=5 m/s2上升时，求人对地面压力为多大？(g=10 m/s2)

图4

错解：如图5(a)所示.

图5

分析：凭感觉人往下拉绳子，绳子受的拉力就是向下的，画出如图所示的错误的受力分析图.对连接体问题没有明确研究对象.

解析:人站在地面上，匀加速拉升物体，同时绳子也有个力拉人，这个拉力是竖直向上的．由牛顿第二定律可求出绳子的拉力，从而对人受力分析，由平衡条件可求出人受地面的支持力，最后由牛顿第三定律可得出人对地面的压力大小．

先研究物体，若以加速度5 m/s2匀加速被拉升，受力分析如图5(b).重力与绳子的拉力，则有

F-mg=ma

得

F=m(g+a)=300 N

再研究人，受力分析，重力、绳子拉力、支持力，当处于平衡状态时，则有

Mg=F+F支

解得

F支=600 N-300 N=300 N

由牛顿第三定律可得

F压=300 N

虽然压力是地面所受，但应该选人作为研究对象；要知道绳子的拉力，则必须选中物体为研究对象由牛顿运动定律方可求出．所以此题渗透如何合理选择研究对象的思想．

2缺方法少画力

【例3】如图6所示，质量m=4 kg的小物块在与水平方向成θ=37°角的恒力F作用下，从静止开始向右做匀加速运动，已知小物块与水平地面间的动摩擦因数为μ=0.5．经过t1=2 s后撤去恒力F，小物块继续向前运动t2=4 s后停下．重力加速度g取10 m/s2．(sin 53°=0.8，cos 53°=0.6)求：

(1)恒力F的大小；

(2)小物块的总位移x．