牛頓第一定律闡明了運動和力的關(guān)系,即【(1)不受力的物體,其運動狀態(tài)不改變(不受力的物體,將保持原來的運動狀態(tài)不變即靜止或勻速直線運動狀態(tài);(2)力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動的原因】,這是物體不受力的純理想狀態(tài)下的運動和力的關(guān)系,但現(xiàn)實中不受力的物體是不存在的,充斥我們四周的物體有運動狀態(tài)不變的也有運動狀態(tài)改變的,由于絕大多數(shù)初中學生的感性認識強于理性思考,對運動和力的有關(guān)問題的判斷不乏想當然的現(xiàn)象,鑒于此,了解和學習一點簡單的受力分析,是初中學生學習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“幾個力的作用效果相互抵消,相當于不受力。這時我們就說這幾個力平衡。這時物體處于平衡狀態(tài)”。如果力的作用效果不能抵消呢?這就要求學生能夠根據(jù)運動狀態(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動狀態(tài)。
一、根據(jù)物體受力情況分析物體的運動狀態(tài)變化與否結(jié)合生活實際和學生的認知水平,將物體的受力情況歸納為以下幾種情形:
(一)只受一個力,那么物體的運動狀態(tài)一定改變
例如:對一個原先不受力的物體施加一個力后,該物體的運動方向( )
A.一定保持原來的運動方向,
B.一定沿所加力的方向,
C.不能確定
【簡析】物體的運動狀態(tài)一定改變,但運動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動,沿力的方向加速運動;若物體原先以某一速度勻速直線運動,施加力后,物體的運動方向由力的方向與物體原先的運動方向共同決定,所以當不明確物體原先的運動方向時,僅知道施加了一個力是不能確定受力后物體的運動方向的,故應選C。這也是學生最容易錯的練習之一。
。ǘ┦軆蓚力
1.兩個力共線
。1)兩個力共線且同向:那么該物體相當于只受一個力,合力的大小等于兩個力之和,方向與原來力的方向相同,所以運動狀態(tài)一定改變。特殊情形是兩個力三要素完全相同。
例如對一輛小車前面拉后面推,兩個力方向相同,那么小車相當于受到一個向前的且較大的力(大小為推力與拉力之和),小車的運動狀態(tài)改變。
。2)兩個力共線但反向:①若大小相等,則這兩個力就是一對平衡力,合力為0,物體的運動狀態(tài)不變。②若兩個共線反向的力大小不等,作用效果不能相互抵消,合力等于兩個力之差,方向與較大力的方向一致,因此物體相當于只受到一個力(用較大力平衡掉較小的力后剩余的部分),運動狀態(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, 兩個力作用效果不能相互抵消,那么物體相當于受到一個較小的力G-Ff,故運動狀態(tài)改變。
2.兩個力不共線:合力一定不等于0,相當于只受一個力,所以運動狀態(tài)一定改變。
對以上各種情形和與之對應結(jié)論的認同,都可以結(jié)合“探究二力平衡條件”活動的各環(huán)節(jié)加深理解,能較順利的實現(xiàn)由感性認識到理性認識的升華。
。ㄈ┦芏鄠力
結(jié)合簡單具體的實例,引導學生進行初略分析,使學生初步認識到總可以建立適當?shù)淖鴺讼,可以將每個力分解為各正交分量,對多個力的分析最終化歸為“兩”個力在正交方向上的問題來解決。
二、根據(jù)運動狀態(tài)分析確定物體受力是否平衡
。ㄒ唬┪矬w運動狀態(tài)不變,那么物體不受力或受平衡力
“運動狀態(tài)不變”等價于“靜止或勻速直線運動”,否則就是運動狀態(tài)發(fā)生改變?碱}形式多數(shù)以學生熟悉的情景再現(xiàn)(如蕩秋千、平直軌道上勻速運動的列車等)或讀圖識圖的形式(如頻閃攝影等)呈現(xiàn)。
例如:課本習題P49第3題在平直公路上勻速行駛的汽車受到幾對平衡力的作用?為什么說它們是互相平衡的?
【簡析】汽車受到兩對平衡力作用,分別是豎直方向上的重力和地面對它的支持力、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狀態(tài),在水平方向上處于勻速直線運動狀態(tài),因此在這兩個方向上的兩對力是平衡力。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運動狀態(tài)改變,那么物體一定受非平衡力作用
例如在草地滾動的足球會越來越慢,是因為阻力改變了它的運動狀態(tài),在滾動過程中受非平衡力作用。
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