吳 俊

(江蘇省蘇州市常熟市錦荷中學(xué),江蘇 蘇州 215500)

力學(xué)是初中物理的重要內(nèi)容,不僅同生活實(shí)際聯(lián)系緊密,而且可以結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)、電學(xué)等其他物理知識(shí)構(gòu)成綜合題,對(duì)學(xué)生解題能力提出了更高的要求.然而,在求解力學(xué)問題時(shí),由于缺乏明確的解題思路與有效解題方法的支持,許多學(xué)生容易陷入解題困境,無從下筆.為了幫助學(xué)生突破力學(xué)問題的解題難關(guān),有必要指導(dǎo)他們形成正確的解題思路,掌握豐富的力學(xué)問題解題方法與技巧,確保不斷提高他們的力學(xué)問題的求解能力.

1 認(rèn)真審題,挖掘有價(jià)值的解題信息

作為解題的第一步,審題可以深入挖掘題目當(dāng)中有價(jià)值的解題條件及信息,有效把控題目當(dāng)中所要表達(dá)的核心思想與內(nèi)容.許多初中生無法正確求解的一個(gè)重要原因是沒有深入理解或者沒有牢固掌握基礎(chǔ)知識(shí),或者無法分辨力學(xué)題目中有價(jià)值的關(guān)鍵信息,這些都是力學(xué)題目在審題時(shí)需要高度重視的要點(diǎn)所在.

力學(xué)題目常常會(huì)涉及相似性較強(qiáng)的物理概念,如重量和質(zhì)量、動(dòng)能和動(dòng)量、加速度和速度等等,這些概念本身僅有一字之差,但在含義與意義方面卻有非常突出的差異性,進(jìn)而會(huì)因?yàn)楦拍罨煜斐山忸}錯(cuò)誤.此外,在審題過程中要注意傳授給學(xué)生一些必要的審題小技巧與方法,如對(duì)其中關(guān)鍵的解題信息與條件進(jìn)行有效的標(biāo)識(shí),可以使學(xué)生更加高效地確定題干中有價(jià)值的信息及條件.比如,“現(xiàn)有同種材料和質(zhì)量的空心盒子與實(shí)心球各一個(gè),將實(shí)心球放入封閉空心盒子中,發(fā)現(xiàn)它們恰好懸浮于水中.假定實(shí)心球和空心盒子用細(xì)線連接后靜止于水中,有1/8體積露出水面,此時(shí)繩子的拉力是40 N,試求材料的密度與空心盒子的體積各是多少?”針對(duì)這道力學(xué)問題求解,在審題過程中重點(diǎn)標(biāo)注關(guān)鍵信息與條件,來幫助學(xué)生快速找到解題的突破口.經(jīng)過認(rèn)真剖析問題,學(xué)生快速確定“同種材料”“同種質(zhì)量”“恰好懸浮”“露出1/8體積”等關(guān)鍵條件,為后續(xù)的受力分析做好鋪墊,避免因?yàn)閷忣}不清而影響題目的順利求解.

2 受力分析,明確對(duì)象整體受力情況

在認(rèn)真審題的基礎(chǔ)上,明確研究對(duì)象,對(duì)它的受力情況進(jìn)行認(rèn)真剖析,靈活地利用三角形受力分析法或平行四邊形受力分析法,通過受力分析來列出求解問題的相關(guān)方程或等式.特別要注意,在開展受力分析過程中綜合考慮一切能夠影響最終結(jié)果的受力分析指標(biāo)及要素,避免因?yàn)槭芰Ψ治霾蝗蛘咧貜?fù)分析而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性.此外,為了提高初中生受力分析的效率與準(zhǔn)確度,必須要保證他們?cè)谠摲矫婢邆湟欢ǖ幕A(chǔ)知識(shí),如在不受力狀態(tài)下或者受到平衡力的作用下,合力是零,此時(shí)物體處于平衡狀態(tài);在同一物體上作用平衡力,那么二力在同一直線上,方向相反,大小相等;力的作用是相互的,等等.基于上述基礎(chǔ)知識(shí)的運(yùn)用,才能保證初中生在開展受力分析的過程中做到有據(jù)可依,避免因?yàn)樽陨砘A(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備不足而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性.

例1如圖1,某一斜面上靜止一個(gè)重力為G的鐵塊,那么斜面對(duì)鐵塊本身的作用力大小情況是( ).

A.=GB.>GC.

圖1 例1題圖 圖2 例1題解析圖

解析針對(duì)本道考查力學(xué)知識(shí)的選擇題求解,難度較小,但卻考查了初中生對(duì)受力分析基本步驟以及相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況.將鐵塊A作為研究對(duì)象,受力分析如圖2.由于斜面上A保持靜止?fàn)顟B(tài),可以確定A受到平衡力,即鐵塊受到斜面的支持力N和摩擦力f之間所形成的合力F,與鐵塊的重力G相平衡,即F=G,故選A.

例2如圖3,在某一表面粗糙程度保持一致的水平地面上放置一個(gè)物體A,施加水平拉力F=16 N后使其做勻速直線運(yùn)動(dòng).物體B保持靜止,其同水平繩之間連接的彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)T是4 N.試求物體B受到物體A的摩擦力?

圖3 例2題圖

解析本道力學(xué)題中包含多個(gè)研究對(duì)象,需要注意系統(tǒng)化梳理整個(gè)體系中相關(guān)對(duì)象彼此之間的傳力情況,在此基礎(chǔ)上,對(duì)整個(gè)受力情況進(jìn)行明確.首先以物體B為研究對(duì)象,由于B靜止,故處于平衡狀態(tài),受力分析見圖4(a),有fA→B=T=4 N,方向:水平向右.

根據(jù)力的作用相互性特征,確定物體B對(duì)A的摩擦力fB→A=4 N,方向:水平向左.然后以物體A為研究對(duì)象,由物體A做勻速直線運(yùn)動(dòng)可知其受力平衡,見圖4(b),有f地+fB→A=F,f地=F-fB→A=16 N-4 N=12 N.

圖4 例2題解析圖

在開展受力分析期間, 要注意做到具體問題具體分析,避免盲目開展受力分析而對(duì)最終結(jié)果帶來不利影響.比如,在液體中保持靜止?fàn)顟B(tài)的物體本身處于受力平衡狀態(tài);將容器中液體、容器和浸入液體中的物體三者看成一個(gè)整體的時(shí)候,此時(shí)整體也是保持受力平衡狀態(tài)的,不需要考慮系統(tǒng)內(nèi)部彼此之間的作用力,這樣可以極大地簡化整個(gè)問題的分析過程.

圖5 例3題圖

例3如圖5,底面積是100cm2的容器內(nèi),一個(gè)重為10 N的木塊浸沒在水中,細(xì)線的拉力是2 N.將細(xì)線剪斷之后且當(dāng)木塊靜止時(shí),水作用在容器底部的壓強(qiáng)減少了多少?

圖6 例3題解析圖

同理,針對(duì)滑輪問題的求解也要注意做到具體問題具體分析,保證在確定研究對(duì)象的基礎(chǔ)上準(zhǔn)確開展受力分析,為求解方程的列出做好鋪墊.

3 精選方法,簡化整體受力分析過程

在求解力學(xué)問題的過程中,整個(gè)過程不是一成不變的,而是應(yīng)該做到具體問題具體分析,尤其是要簡化整個(gè)問題的受力分析過程,靈活選擇和應(yīng)用一些恰當(dāng)?shù)慕忸}方法,如臨界狀態(tài)分析法、整體法、隔離法(局部分析法)等等,具體如下:

3.1 臨界狀態(tài)分析法

該方法同數(shù)學(xué)領(lǐng)域的極限分析法相似,主要是考慮某些極端特殊條件下的受力情況,以此可以更加快速地做出受力分析活動(dòng).這就需要對(duì)研究對(duì)象及受力過程本身是否可以劃分成幾個(gè)階段或者涉及幾個(gè)過渡點(diǎn)進(jìn)行剖析,之后再進(jìn)一步分析其中涉及的特殊臨界條件是否可以成為解決問題的關(guān)鍵突破口.在具體的分析過程中可以重點(diǎn)關(guān)注題干中給出的“恰好”、“剛好”等處于臨界狀態(tài)的詞語,因?yàn)檫@種臨界狀態(tài)下的受力分析往往成為解決問題的突破口與重要依據(jù).

例4如圖7,一個(gè)豎直且有磁性的粗糙墻壁上緊貼放置一個(gè)質(zhì)量是M的鐵塊,鐵塊M受到豎直向上的拉力F,試對(duì)該鐵塊的狀態(tài)以及對(duì)應(yīng)的受力情況進(jìn)行剖析.

圖7 例4題圖

解析針對(duì)本道力學(xué)題求解,常規(guī)的受力分析方式比較復(fù)雜,因?yàn)檎麄€(gè)問題沒有明確給出相應(yīng)的狀態(tài),也沒有給出具體受力的大小,所以抽象性比較強(qiáng).而如果采取臨界狀態(tài)分析法,針對(duì)臨界點(diǎn)進(jìn)行剖析即可明確相應(yīng)的受力情況.在墻壁本身吸引力的作用下非常容易判斷鐵塊是否會(huì)受摩擦力,這樣就可以依據(jù)摩擦力的方向來對(duì)重力、拉力作用下鐵塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化情況進(jìn)行判斷.

根據(jù)摩擦力的形成條件,可知要明確研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況或趨勢(shì).根據(jù)這一分析可以將其劃分為幾種情況:向下、向上與靜止三種狀態(tài).其中前兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)摩擦力的判斷非常明確,但是第三種在維持靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)相應(yīng)的摩擦力判斷難度比較大,因?yàn)檫@時(shí)摩擦力存在多種可能性.此時(shí)必須要借助臨界狀態(tài)分析法對(duì)相應(yīng)的臨界狀態(tài)進(jìn)行認(rèn)真剖析,具體對(duì)應(yīng)的“靜止”狀態(tài)下的各種臨界狀態(tài)表現(xiàn)如下:(1)M恰好靜止,具有向下運(yùn)動(dòng)趨勢(shì);(2)M恰好靜止,不具有任何運(yùn)動(dòng)趨勢(shì);(3)M恰好靜止,具有向上運(yùn)動(dòng)趨勢(shì).

雖然上述幾種情況下鐵塊M在墻上都保持靜止?fàn)顟B(tài),但是卻對(duì)應(yīng)不同方向上的摩擦力,這意味著臨界狀態(tài)對(duì)本道題的受力分析具有重要影響.在明確鐵塊M臨界狀態(tài)的基礎(chǔ)上,不僅可以確定摩擦力f的受力方向,而且可以列出f、F、G三者的受力平衡關(guān)系式,即:如果鐵塊M有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),那么有F=G+f,這時(shí)候f屬于靜摩擦力.同理,針對(duì)其他狀態(tài)下的受力情況也可以進(jìn)行分類討論.

3.2 整體法

該法主要是將若干個(gè)彼此相關(guān)的物體看成一個(gè)整體來進(jìn)行分析,忽略物體之間的內(nèi)力,簡化受力分析過程.

例5將等重的兩球A和B放入水槽中,發(fā)現(xiàn)兩球均漂浮在水面上,下列說法正確的是( ).

A.球A浸入水中體積更大

B.球B浸入水中體積更大

C.球A和球B兩者浸入水中體積保持一致

D.無法確定

解析本道力學(xué)問題沒有給出兩球的質(zhì)量以及液體密度的信息,所以許多學(xué)生會(huì)給出D這一錯(cuò)誤選項(xiàng).此時(shí)如果在分析問題中有效運(yùn)用整體法開展受力分析,即將球A和球B兩者看作一個(gè)整體,結(jié)合F浮=G排=ρ液gV排這一公式分析,可知兩球重力、液體密度以及g等條件都保持一致,故可以確定兩球浸入水中的體積保持一致,故選C.運(yùn)用整體法開展受力分析,可以快速簡化分析過程.

總之,力學(xué)問題求解是初中生物理學(xué)習(xí)中必須要攻克的一個(gè)學(xué)習(xí)難關(guān),會(huì)對(duì)學(xué)生物理考試成績產(chǎn)生極大的影響.由于力學(xué)問題的綜合性與抽象性比較強(qiáng),為了順利求解問題,在注意指導(dǎo)學(xué)生牢固掌握物理基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真審題,明確研究對(duì)象開展受力分析,期間要善于靈活運(yùn)用整體法、臨界狀態(tài)分析法等來簡化整個(gè)問題的分析過程,保證可以最大程度提高學(xué)生力學(xué)問題的解題能力.