谈“假设法”在初中物理受力分析中的应用——以几道中考题为例.pdf

谈“假设法”在初中物理受力分析中的应用 以几道中考题为例许丽军(苏州工业园区星湾学校江苏 苏州 )(收稿日期:)摘要:受力分析对于中学生来说是一种非常抽象的思维分析,也是初高中物理教学的重点和难点对于较为复杂、运动状态不是很清晰的物理过程,运用“假设法”和已知事实进行逆向推理分析,可以有效解决一些复杂受力分析问题关键词:假设法;受力分析;初中物理受力分析对于中学生来说是一种非常抽象的思维分析,也是初高中物理教学的重点和难点,是解答物理题目的必备基本功在初中的考试中直接考查受力分析常以作图题的形式出现,但大多属于基础要求,难度不大,较高要求的考查经常出现在选择题和填空题中苏州市的物理中考题多年在选择题的最后一题,对学生的受力分析能力做出了较高要求的考查较为复杂的受力分析往往和物体的运动状态紧密联系这种题目一直是初高物理衔接的重要考查点初中力学的核心内容就是力与运动的关系,当然在高中力学中,力与运动的关系依旧是核心内容,只不过过程更为复杂多变在进行较为复杂的受力分析时,经常会用到“整体法”和“隔离法”等常见的方法而在有些题目中,物体的受力确定存在,但需要对大小做出判断,运用“假设法”也可以有较好的效果假设法的基本思想“假设法”的主要思想就是在不知道正确结果的情况下,先假定一个事实(或者结果),再运用已知的一些条件、结论或者客观事实,进行逆向分析,得出和假定相矛盾的结果,从而再否定之前的假设再进行其他假设,得出类似结果,再把多次假设结果进行综合分析,判断正确的结果是什么,或者大致范围这里的“假设法”有点类似于数学证明中的“反证法”“假设法”判断受力大小的实际应用下面以 年苏州市中考物理的第 题为例,运用假设法对物体受力大小进行判断【例】(年苏州市中考物理第 题)如图所示,质量为m的物块P下方连接有一个质量为m的钩码,上端通过细线绕过轻质定滑轮连接一质量为m的物块Q将它们由静止释放,在物块P下落到地面的过程中,P、Q间细线拉力大小为F(细线重力 及 各 处 的 摩 擦 均 不 计,钩 码 落 地 后 不 弹起)()A钩码落地前Fm g,Q的机械能增大B钩码落地前Fm g,Q的机械能增大C钩码落地后Fm g,P的机械能不变D钩码落地后Fm g,P的机械能减小图例题图 年第期物理通报解题思路与技巧“江苏省中小学教学研究立项课题“基于微项目学习的初中物理实验教学行动研究”阶段性成果,课题批准编号:J Y L 作者简介:许丽军(),男,硕士,中教一级,研究方向为物理概念教学、微项目学习本题作为选择题的压轴题,从评卷的结果来看,得分率是较低的网上也有一些教师或者学生对本题的难度提出质疑,认为这道题涉及高中的牛顿第二定律内容,不能对初中学生进行考查实际上作为选择题,初中学生完全可以用所学的知识和经验,选出正确的选项解答本题的前提应该对绳子这个物理模型的几个事实有了解第一,绳子拉长时不考虑形变,即绳子两端的物体的速度大小是一样的,在本题中即P和Q的运动速度大小是一致的第二,绳子上各点的拉力大小是相同的下面的解析主要是对绳子拉力进行分析讨论解法:运用牛顿第二定律对P和钩码(看成一个整体)、Q分别进行受力分析,两物体具有相同的加速度,再列出运动方程,即可得出绳子上的拉力大小因为牛顿第二定律的内容是高一的,所以初中学生无法用此方法,所以有人对题目提出质疑因为本题的题型是选择题,并不需要计算出拉力的大小,只要对大小做出判断即可所以并不能以此说题目考点超纲解法:通过已有的知识和经验,用假设法做出判断分析过程:假设绳子拉力Tm g,对于P和钩码(看成一个整体)分析其运动状态,因为重力小于拉力,做减速运动,而物块Q向上的拉力大于重力,做加速运动,显然这个结果与事实P和Q的运动速度大小是一致的相矛盾,因此假设不成立;同理若假设绳子拉力Tm g,也会发现分析结果和事实矛盾,因此绳子的拉力只能是Tm g下面对钩码落地后绳子的拉力进行分析,落地后钩码和物块P之间的绳子因为无拉伸形变,拉力消失,而P和Q之间的绳子拉力是有一个突变过程的在钩码落地之前,P和Q都是加速运动,学生无法理解钩码落地后P和Q都做匀速运动,绳子拉力T m g,所以这里还可以用假设法进行判断假设Tm g,对物块P受力分析,可知P做减速运动,而对Q受力分析,可知Q做加速运动,这又与事实:P和Q的运动速度大小是一致的相矛盾,同理若假设Tm g,也可以得出类似矛盾的结论所以可以确定钩码落地后的绳子拉力Tm g,综上分析正确答案为选项B“假设法”判断摩擦力是否存在的实际应用下面以两道典型的中考题为例,运用“假设法”判断摩擦力是否存在【例】(年襄阳市中考物理)如图(a)所示,完全相同的木块A和B紧靠着平放在粗糙程度相同的水平桌面上,在 N的水平推力F作用下,A、B一起做匀速直线运动若将A、B叠放到该桌面上,用水平力F拉着B使它们一起匀速运动 如图(b)所示,则拉力FN;此时木块A所受的摩擦力为N图例题图【例】(年连云港市中考物理)如图所示,物体A放在B上,在水平拉力F作用下一起向右做匀速直线运动,不计空气阻力,画出物体A的受力示意图图例题图这两道中考题本质上考查的内容是一样的,即上下叠放的物体在水平方向上做匀速直线运动时,上方的物体是否受到下方物体的摩擦力根据多年的教学经验,第一次碰到这类问题时,大部分学生都会认为上面的物体会受到下方物体的摩擦力这种想法是受到传送带模型的影响,认为物体放上传送带后会和传送带一起运动就是因为摩擦力的作用,即使一起做匀速直线运动,仍然受到摩擦力由于做匀速直线运动是一种理想情况,所以学生的体验是不足的这里可以先假设物体受到下方物体向右的摩擦力,那么由于物体处于匀速直线运动状态,所以 年第期物理通报解题思路与技巧物体在水平方向必定是受到平衡力或者不受力因为假设的是向右的摩擦力,那么必定有向左的摩擦力与之平衡,但是下方物体不可能同时对上方物体施加两个相反方向的摩擦力,这和摩擦力产生的原因相矛盾因此假设是错误的,上方物体不受下方物体的摩擦力,通过这种方法可以从平衡状态的条件出发,让学生理解这种理想状态下的受力问题综上分析,例参考答案为F N,此时木块A所受的摩擦力为零,例的示意图如图所示图例题的示意图“假设法”思想在物理学历史中的体现在人类认识自由落体运动的过程中,世纪,意大利学者伽利略对亚里士多德的看法提出了质疑,并对自由落体运动进行了深入的研究伽利略对自由落体运动的研究方法中也有“假设法”的影子伽利略先假设亚里士多德的观点是对的,即重物比轻物下落得快,那么把重物和轻物拴在一起下落,它们将是什么结果呢?照亚里士多德的说法,重物下落得快,轻物下落得慢,由于两物拴在一起,“轻的”被“重的”拉着,“慢的”被“快的”拖着,所以两物拴在一起的速度应是不快不慢同样,照亚里士多德的说法,两物拴在一起,应该是更重了,那它们应该下落得更快这两个结论都是由亚里士多德的论断推出来的,但得到的却是互相矛盾的结果可见,亚里士多德的这个观点是错误的“假设法”的教学意义通过假设法往往可以起到避免复杂的数学推证过程、突破学生思维难点的重要作用,从而有效提高学生的问题解决能力这也是学生对问题提出质疑能力的一种培养,就像伽利略对亚里士多德的运动观点的质疑当然本文只是从要求的物理量结果直接进行假设,在实际的物理问题中,还可以对物理过程、物理条件、物理状态等多个方面进行假设(上接第 页)教学、规律教学和实验教学中,我们同样要抓住教育契机,基于模型,渗透相应的物理思想方法,实现学生核心素养的逐步形成 促使思想方法的迁移通过物理课程的学习,我们让学生掌握了分解思想,让学生解决了绝大部分的物理问题于此同时,我们也应思考学生在解决生产、生活的实际问题中,分解思想也要能学以致用,能够将自己习得的分解思想去构建模型,解决问题,因为思想方法是静态的,而我们面对的问题是动态的要培养学生利用同一思想方法分析动态变化的问题能力,促使思想方法的迁移和提升结束语分解思想作为众多物理思想方法中的一种,其在解决复杂物理问题中尤为重要在习题教学中,通过分解过程、分解视角、分解速度、分解运动个角度,实现分解思想方法的落实,强化分解思想的应用,让学生学会解决较为复杂的物理问题,实现化繁为简,提高分析问题的效率同时,我们也要关注分解思想在平常生活中的应用,实现分解思想的迁移,提升学生的科学思维和科学探究能力,真正提升学生的物理学科核心素养参 考 文 献中华人民共和国教育部普通高中物理课程标准S北京:人民教育出版社,张立群习题教学中物理思想方法的渗透J中学物理教学参考,():黄端文基于浙江选考试题谈物理平均思想的课堂落实J物理教学探讨,():,陈林桥,吉文忠浅谈高中物理教材中的物理思想方法J物理教师,():徐光辉在模型构建过程中渗透物理思想方法J物理教师,():申庭庭,姜峰基于思想方法的高中物理教学策略J物理教师,():年第期物理通报解题思路与技巧