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关于惯性教学的思考

2016-08-23马新安

中学生数理化·教与学 2016年8期
关键词:惯性物体现象

马新安

在初中物理教学中,概念是物理大厦的基石,却往往为教师和学生所忽视;殊不知,没有对物理概念深刻的认识和理解,其他一切都为空中楼阁.由于缺乏对概念的深入了解与认识,对一些常见的问题,学生却屡屡犯错.下面结合自己的教学实践谈点体会.

一、在教学中,要全面阐述惯性,并指出其与惯

性现象的区别

通常,大多数物理教师都能由牛顿第一定律得出,惯性是物体固有的属性,是物体保持本身运动状态不变的一种性质.然而,往往不能解决学生心中的困惑:一个物体受力由静止变为运动,或由运动变为静止,既然物体具有惯性,具有保持原有运动状态不变的性质,原来静止的物体应该保持静止,原来运动的物体应该保持运动;惯性是一切物体都具有的,那么受力(非平衡力)的物体的惯性是否还存在?这是教学难点,涉及对惯性的深刻理解.在教学中,教师必须阐明惯性现象.惯性现象,顾名思义,就是与惯性有关的现象.常见的惯性现象有:汽车启动和刹车,车厢里的人会后仰和前倾;运动员赛跑至终点要过一段距离才能停下来;等等.这些事实现象,都是由于物体受非平衡力而改变了运动状态,也说明了物体在受力情况下依然具有惯性.惯性是物体的性质或特点,而惯性现象是一个事实过程,在这样的过程中,物体的惯性得以体现,两者有着本质的区别,其关系可以说是反映被反映.这只是初步解决了运动的物体和静止的物体都具有惯性,而受力情况下,物体的惯性如何体现,依然未能明确解释,需要进一步探讨和认识.

二、惯性的决定因素是质量的初步认识

用质量来描述惯性大小,通过一些实际生活中的现象可以佐证.例如,同样的力作用在铅球和乒乓球上,运动状态易发生改变的是乒乓球,难以改变的是铅球;速度相同的大卡车和小轿车,大卡车更难停下来.因为铅球和大卡车的质量大,所以运动状态难以改变.从这个层面看来,惯性反映了物体运动状态改变的难易程度,越难,惯性越大,越易,惯性越小.这只是一种定性的描述,未能从本质上对运动状态改变的难易程度进行界定.所以,不能解决学生的困惑:运动员比赛时,速度大的更难停下来,岂不说明速度越大惯性越大?其实,这是对运动状态改变难易程度缺乏清晰的界定造成的.为了解决学生对这类问题的困惑,笔者通过类比思维,利用比值定义法,引入惯性的定义式,收到了很好的效果.

三、反映惯性大小的物理量──质量

在物理学中,许多物理量是利用比值法来定义的.比如,密度、电场强度、电容、磁感应强度等,这些物理量都由其本身的性质决定,与外界因素无关.类似地,既然惯性也由物体本身的性质来决定,那也应该具有相应的定义式.在这样的定义式中,让速度成为无关变量,能够让学生接受惯性与速度无关的结论.

首先,用归谬法,对惯性与速度无关进行论证.假设惯性与速度有关,速度越大,惯性越大,那么速度为零,惯性为零,即速度为零的物体没有惯性,这与惯性是物体的固有属性,一切物体都具有惯性矛盾,显然假设错误,从而得出惯性与速度无关.

其次,对物体运动状态改变的难易程度加以界定.物体运动状态改变的难易程度可概括为:物体在1s内速度改变1m/s所需力的大小.物体在1s内速度改变1m/s所需力越大,运动状态越难以改变.这里需要指出的是,需用控制变量法来讨论运动状态改变难易程度,即惯性大小;不能说速度的变化量相同,需要的力大,惯性大,因为未控制时间相同;也不能说速度都发生变化,时间相同,力越大,惯性越大,因为未控制速度变化量相同.

再次,定义质量大小.物体的质量在数值上等于物体在1s时间内速度改变1m/s所需力的大小.其定义式为m=Fvt-v0△t.我们知道,对于一个确定的物体,其质量与F、v、t无关,只由物体本身的性质决定.可以通过密度作简单的类比,质量改变,体积改变,而对于确定的某种物质而言,其密度并未发生改变.在回答惯性为何与物体的速度无关时,就比较容易.运动员赛跑,其中一个速度虽大,但我们并不知晓两个运动物体在1s内速度改变1m/s所需的力分别为多大,从而通过速度这个变量无法判断惯性的大小.通过质量的定义式可知,质量越大,即物体在1s时间内速度改变1m/s所需的力越大,运动状态越难以改变,惯性大.

最后,该定义式的理论依据.对其略作推导便可得出,其本质是牛顿第二定律的变形,充分说明这种操作的可行性.

综上所述,在教学实践中,教师应该遵循学生的认知规律,从学生的学习实际出发,改进和创新教学方法,从而提高教学效率.

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