牛頓第一定律闡明了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系,即【(1)不受力的物體,其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不改變(不受力的物體,將保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變即靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài);(2)力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,而是改變物體運(yùn)動(dòng)的原因】,這是物體不受力的純理想狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系,但現(xiàn)實(shí)中不受力的物體是不存在的,充斥我們四周的物體有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的也有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的,由于絕大多數(shù)初中學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)強(qiáng)于理性思考,對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的有關(guān)問題的判斷不乏想當(dāng)然的現(xiàn)象,鑒于此,了解和學(xué)習(xí)一點(diǎn)簡單的受力分析,是初中學(xué)生學(xué)習(xí)的需要也是他們能夠接受的。
二力平衡一節(jié)的第一段課文中提到“幾個(gè)力的作用效果相互抵消,相當(dāng)于不受力。這時(shí)我們就說這幾個(gè)力平衡。這時(shí)物體處于平衡狀態(tài)”。如果力的作用效果不能抵消呢?這就要求學(xué)生能夠根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)確定物體的受力情況,反過來也能夠根據(jù)受力情況分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
一、根據(jù)物體受力情況分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化與否結(jié)合生活實(shí)際和學(xué)生的認(rèn)知水平,將物體的受力情況歸納為以下幾種情形:
。ㄒ唬┲皇芤粋(gè)力,那么物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定改變
例如:對(duì)一個(gè)原先不受力的物體施加一個(gè)力后,該物體的運(yùn)動(dòng)方向( )
A.一定保持原來的運(yùn)動(dòng)方向,
B.一定沿所加力的方向,
C.不能確定
【簡析】物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定改變,但運(yùn)動(dòng)方向不完全取決于所施加的力,還與物體原來的具體狀態(tài)有關(guān),若物體原先靜止,那么物體在力作用下由靜止變運(yùn)動(dòng),沿力的方向加速運(yùn)動(dòng);若物體原先以某一速度勻速直線運(yùn)動(dòng),施加力后,物體的運(yùn)動(dòng)方向由力的方向與物體原先的運(yùn)動(dòng)方向共同決定,所以當(dāng)不明確物體原先的運(yùn)動(dòng)方向時(shí),僅知道施加了一個(gè)力是不能確定受力后物體的運(yùn)動(dòng)方向的,故應(yīng)選C。這也是學(xué)生最容易錯(cuò)的練習(xí)之一。
。ǘ┦軆蓚(gè)力
1.兩個(gè)力共線
。1)兩個(gè)力共線且同向:那么該物體相當(dāng)于只受一個(gè)力,合力的大小等于兩個(gè)力之和,方向與原來力的方向相同,所以運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定改變。特殊情形是兩個(gè)力三要素完全相同。
例如對(duì)一輛小車前面拉后面推,兩個(gè)力方向相同,那么小車相當(dāng)于受到一個(gè)向前的且較大的力(大小為推力與拉力之和),小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。
。2)兩個(gè)力共線但反向:①若大小相等,則這兩個(gè)力就是一對(duì)平衡力,合力為0,物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變。②若兩個(gè)共線反向的力大小不等,作用效果不能相互抵消,合力等于兩個(gè)力之差,方向與較大力的方向一致,因此物體相當(dāng)于只受到一個(gè)力(用較大力平衡掉較小的力后剩余的部分),運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定改變。
例如空中下落的物體受到豎直向下的重力G和豎直向上的阻力Ff,G>Ff, 兩個(gè)力作用效果不能相互抵消,那么物體相當(dāng)于受到一個(gè)較小的力G-Ff,故運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變。
2.兩個(gè)力不共線:合力一定不等于0,相當(dāng)于只受一個(gè)力,所以運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定改變。
對(duì)以上各種情形和與之對(duì)應(yīng)結(jié)論的認(rèn)同,都可以結(jié)合“探究二力平衡條件”活動(dòng)的各環(huán)節(jié)加深理解,能較順利的實(shí)現(xiàn)由感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的升華。
(三)受多個(gè)力
結(jié)合簡單具體的實(shí)例,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行初略分析,使學(xué)生初步認(rèn)識(shí)到總可以建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系,可以將每個(gè)力分解為各正交分量,對(duì)多個(gè)力的分析最終化歸為“兩”個(gè)力在正交方向上的問題來解決。
二、根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析確定物體受力是否平衡
。ㄒ唬┪矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變,那么物體不受力或受平衡力
“運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變”等價(jià)于“靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)”,否則就是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變?碱}形式多數(shù)以學(xué)生熟悉的情景再現(xiàn)(如蕩秋千、平直軌道上勻速運(yùn)動(dòng)的列車等)或讀圖識(shí)圖的形式(如頻閃攝影等)呈現(xiàn)。
例如:課本習(xí)題P49第3題在平直公路上勻速行駛的汽車受到幾對(duì)平衡力的作用?為什么說它們是互相平衡的?
【簡析】汽車受到兩對(duì)平衡力作用,分別是豎直方向上的重力和地面對(duì)它的支持力、水平方向上的牽引力和阻力。汽車處于平衡狀態(tài),在豎直方向上處于靜止?fàn)顟B(tài),在水平方向上處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài),因此在這兩個(gè)方向上的兩對(duì)力是平衡力。本題在思想和方法上還暗示和滲透著從正交的方向去全面觀察分析。
。ǘ┪矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變,那么物體一定受非平衡力作用
例如在草地滾動(dòng)的足球會(huì)越來越慢,是因?yàn)樽枇Ω淖兞怂倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài),在滾動(dòng)過程中受非平衡力作用。
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