高中力学基础教学

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中图分类号：G63 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）09-0248-01

力学是物理学的基础,它是研究物质机械运动规律的一门科学,在高中物理教材当中占有相当重要的地位.对于初学者而言,力学基础知识极其重要.这就要求老师在教学中要把握好尺度,有效地、循序渐进地进行教学.本文将从“五步走”教学方式来探讨实际课堂中的可行性步骤及相关知识来学习力学基础知识.

1.一步走——突破物理模型

物理模型的建立是学生学习物理的关键一步,每一种物理模型对应着它相应的物理规律,若物理模型弄错,会导致整个过程分析出来的结论错误.物理模型一般分为三种：物理实体模型、物理状态模型以及物理过程模型,每种模型都有它的复杂性,而有效地将抽象问题具体化,将从复杂问题简单化是我们学习物理的基本思维方式.正如著名物理学家钱学森好所说：“模型就是通过我们对问题现象的分析,利用我们考究得来的机理,吸取一切主要因素,略去次要因素所创造出来的一幅图......是形象化了自然现象.”在实际高中物理力学教学中,遇到的主要模型有质点、弹簧振子、单摆、连接体等.

物理模型建立后,运用模型解答物理问题是最终目的.基本思路是：（1）分析题意,明确实体模型（研究对象）；（2）分析研究对象所处的物理环境,挖掘有用信息,排除干扰信息,确定条件模型；（3）依据研究对象的变化情况,确定其状态与过程模型；（4）将对象、条件、状态、过程模型转化为对应的数学模型,从而破题.所以,力学教学中,物理模型的建立起着至关重要的作用,也是解决实际问题的有效手段.

2.二步走——分析力与运动的关系

当物理模型建立后,这一模型对应的物理力学、运动规律也就确定.根据牛顿第二定律,力是改变物体运动状态的原因.那么,有什么样的力必然对应什么样的运动,有什么样的运动必然对应什么样的受力.若物体处于受力平衡态,物体所受的合外力为零,即加速度为零；若物体处于非平衡态,物体所受的合外力不为零,即加速度不为零.所以,通过力与运动的关系可以明确物体的运动性质,然后根据实际问题对应的物理规律列相应的动力学方程.

3.三步走——分析力的来源及力的特点

物体从一种状态过渡到另一状态必然是受到外力的作用,如何确定这一外力,这就要求对力的来源、力的特点作出准确的分析.

力的物质性表明,力不能脱离物体而单独存在,力的产生必然同时存在施力物体和受力物体.研究对象选取后,对其受力分析时,找出研究对象所受的各个力是关键.力分接触性和非接触性两种,到底是哪一类力,这就要求对每个力的产生条件、特点、大小和方向以及产生位置有深刻的理解.譬如,力学中常见的三种基本力：重力、弹力、摩擦力.

对于重力而言,由于地球的吸引而使物体受到的力.大小,方向竖直向下.从重力概念中可以看出,关 键 词 为“吸引”,作逆向思考,若这一吸引消失,重力将消失,这一吸引存在,重力永远存在.重力做功和能的变化特点是：①重力做功与路径无关；②重力做功改变物体的重力势能,且.

对于弹力而言,相互接触的物体发生弹性形变,由于要恢复原状而对与它接触的物体产生力的作用,其方向总是与物体的形变方向相反.弹力产生的条件是：①相互接触；②弹性形变.从弹力产生的机理出发,要找弹力,也就在接触位置确定,即点与点、点与面、面与面之间会产生弹力,但是不一定有.所以分析弹力时,接触位置一一不能放过,都得细心分析.

对于摩擦力而言,相互接触的物体,由于发生相对运动或相对运动趋势而在接触面间产生一种阻碍发生这一相对运动或相对运动趋势的力,其方向总与相对运动或相对运动趋势方向相反,且与接触面相切.产生的条件是：①有弹力；②接触面不光滑；③有相对运动或相对运动趋势.从摩擦力产生的机理出发,要分析摩擦力的存在与否,根据条件分析即可（当然有其他方法）.值得注意的是,摩擦力的产生位置在接触的面间,受力分析时,不可遗漏研究对象所涉及到的所有接触面.同时,要理解摩擦力概念中的关 键 词 “相对运动”、“相对运动趋势”、“阻碍”它们的真正内涵,这样才会对摩擦力的概念有更深的理解.

同时,在教学过程中,对研究对象做受力分析时,有必要总结一些简捷语言,利于学生理解问题,例如,“三只管”与“三不管”原则：

（1） 只管物体直接受到的力,不管物体间接受到的力；

（2） 只管别个物体施给‘自己’的力,不管‘自己’施给别个物体的力；

（3） 只管物体系统的外力,不管物体系统的内力.

通过（1）、（2）原则的掌握,有利于学生学习受力分析时,不至于找错力、多力、漏力.最后一条原则体现了隔离法、整体法的思想,研究对象的选取不同,受力分析也将发生变化.到底是选用隔离法还是整体法,要根据实际问题来定.一句话：合难则分,分难则合.

4.四步走——分析力间的大小关系求合力

在处理力的大小关系时,高中常用的方法有合成法、正交分解法等.求两个力的合力,一般用合成法,而当涉及到3个或3个以上的力求合力时,我们通常采用正交分解法.在实际教学中,针对正交分解法的正交坐标的建立,可以总结出“三正交”原则：

一正交：当物体受多共点力个力作用时,尽量使多个力建立在轴和轴上,以便于不分解力；

二正交：当物体做加速直线运动或减速直线运动时,一般沿加速度方向正交；

三正交：当物体做圆周或圆弧运动时,一律沿半径方向正交.

通过“三正交”原则的掌握,有利于学生在解决实际问题时,更加灵活地运用正交分解法处理力间的关系.

5.五步走——选取物理公式、定理、定律列方程,并讨论结果

每一物理现象,物理过程变化总是有原因的,而这一现象、这一状态或这一过程变化总对应其相应的物理规律.在实际问题当中,通常涉及一些具体破题思路有：顺思维逐步分析法、逆向思维逐步分析法、分阶段分析法、全过程分析法等.不管是哪一分析方法,得到的结果是一致的,只是破题思路甚至所选用物理公式、物理定理、物理定律有所变化.

总之,在力学教学中,“五步走”的教学方式形成的是‘力学一条线’模式,是具有可行性的,也是学习力学基础的必备知识.通过对象模型的建立,根据力与运动的关系,找到力的来源,确定出力间的关系,然后列出动力学方程,是解决力学问题的基本思路.每一步骤相互相成,符合循序渐进的教学理念,老师易教,学生易学.