论文部分内容阅读
摘 要：初中物理教学中大量涉及力的平衡问题，并在有些教学内容中还不可避免地出现多力平衡的问题，特别是在近些年的中考试题中也出现多力平衡考题。为了帮助学生深刻理解相关知识，并为学生进一步升入高一级学校的继续学习作好前期准备，教师应作出适当调整，加强对多力平衡问题的教学。
关键词：平衡；受力；多力；理解
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2015）09-0056-02
课程标准对二力平衡外的多力平衡问题并不作要求，而多力平衡在初中物理教学中却是绕不开的问题。多力平衡相比二力平衡虽然只是数量上的增加，在逻辑上并没有质的跃升，但在视野和观念上给学生以较大的拓展和冲击，在锻炼学生的思维品质的同时，也为学生进一步升入高中打好坚实的基础和铺垫。近年中考试题中隐含的多力平稳问题，应引起物理教师的高度注意。
一、多力平衡问题例析
（一）实验中隐含的多力平衡问题
例1.（2013年33题）由某种合金制成的两个大小不同的工艺品，其中一个实心，一个空心。小明为判定哪个是空心的，进行了如下实验。（已知ρ水=1.0g/cm3，取g=10N/kg）
【实验过程】将下列实验步骤中空白处补充完整。
①用弹簧测力计测出小工艺品的重力G1=2N。
②将挂在测力计下方的小工艺品浸没水中，小工艺品受到 个力。
的作用，此时测力计的示数F1=1.6N，则浮力F浮= N。
③用测力计测出大工艺品的重力G2=3N。
④如图1所示，将挂在测力计下方的大工艺品浸没水中，测力计的示数F2= N。
⑤合金的密度ρ= g/cm3，则 （选填“大”或“小”）工艺品是空心的。
【拓展应用】空心工艺品空心部分的体积是 cm3。
解析：（1）当小工艺品浸没在水中时，对其受力分析如图2所示，可知小工艺品受到重力G1、浮力F浮和绳子的拉力F1三个力的作用，在试题②中第一空填“三”。由于小工艺品处于平衡时受三个力作用：
G1=F浮 F1 ①
所受浮力为： F浮= G1-F1=2N-1.6N=0.4N
在试题②中第二空填中填0.4N。
F浮=ρ水gV排1 ②
ρ小=m1/V排1 ③
（2）同理当大工艺品浸没在水中平衡时受三个力作用：
G2=F浮大 F2 ④
F浮大=ρ水gV排2 ⑤
ρ大 =m2/V排2 ⑥
由①②③④⑤⑥解得：ρ小=5g/cm3>ρ大=3.75g/cm3
小结：从解析中我们看到大小工艺品两次浸没在水中时都需要进行受力分析，它们受到三个力的作用而平衡，此题只有使用唯一的三力平衡的知识才能顺利解答，没有其它办法。这道中考试题给我们的启示是：在浮力的教学中，对浸没在液体中的物体进行受力分析，三力平衡的知识虽不在课标要求之列，但卻不可避免，教师应认真对待，若为了不超标而模糊处理，会给学生带来糊涂的认识。
（二）计算题中隐含的多力平衡问题
例2.（2012年37题）。如图16所示，重为1140 N的物体，它与水平地面的接触面积为1.5×103cm2。工人师傅用600N的力匀速提升物体，物体的速度为0.2m/s。（不计摩擦及绳重）求：
（1）工人师傅拉绳的功率；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）体重为450N的小明用此滑轮组提升物体，但物体没有被拉动，物体对地面的最小压强为多大。
解析：大部分教师对绳的拉力与滑轮和物体的重力间的相互关系有各自教学方法，其中用和动滑轮相连的绳子条数来确定它们之间关系的方法较为常见。在第3问中，与动滑轮相连的绳子有两根，对物体及动滑轮这个整体进行受力分析，其受到向上的拉力为2F，还有重力、地面对物体的支持力，再根据牛顿第三定律得到物体对地面的压力，通过压强公式计算物体对地面的压强。当拉力最大等于人的体重时，压强最小。对物体及动滑轮受力分析，如图
（1）拉力的功率：
P拉=■=■=Fv绳=600N×2×0.2m/s=240W
（2）滑轮组的机械效率：
η=■=■=■=■=95%
（3）由于忽略摩擦及绳重则G G动= 2F F支①
根据牛顿第三定律F支=F压 ②
对地面压强最小时F=G人 ③
物体对地面的最小压强：p=F压/S ④
由①②③④解得p=2.0×103Pa
小结：遇到此类问题，教师大多采用与动滑轮的绳子数量来确定力及数值关系，较为机械、缺乏意义的理解，弊端较大。如果本题我们分别选动滑轮（受三个力）、物体（受两个力）为研究对象，或者选择滑轮和物体这个系统整体（受三个力）为研究对象，都会涉及多力平衡问题，受力分析后能使问题基本达到迎刃而解的效果。
二、教学中对多力平衡问题的建议
除了上述2012年、2013年中考涉及多力平衡的问题外，其余年份也基本都会涉及到多力平衡问题，如2010年的21题，2011年的33题、37题，2014年 33题、37题等等。多力平衡试题在中考中大量隐性出现，在平时教学中也涉及到，如果我们在教学中对二力平衡稍加扩展，在难度和逻辑上都不会给学生增加很大负担，却能对学生准确理解相关知识和进入高中进一步学习力学及电学打下良好的基础。因此，在人教版的权威专家对此都不置可否的情况下，中学课堂教学大可不必拘泥于超不超标的魔咒，建议对简单的多力平衡问题，教师不必犹抱琵琶半遮面，可清清楚楚的分析受力，讲清原理，明确计算，突破难点，为学生真正减轻负担，不再徒减轻学生负担之名而行增加学生负担之实。
三、多力平衡涉及的知识及解题步骤
1.多力平衡涉及的知识点：浮力，压强，滑轮组等。
2.多力平衡解题步骤。
①确定受力物体；
②对物体受力分析；
③列平衡方程；
④检验各力；
⑤解方程求物理量。
经历多次变化，课标从知识的内容、顺序、科学性及减负等各方面已经作了不少的调整，特别是在没有明显影响知识面和系统性的情况下，为中学生减轻负担做了大量的整合和调整，大大地缓解了中学生的课程容量和课业负担，现已基本趋于稳定。为了有效控制难度和知识面，教材在很多方面作了限制和模糊处理，例如“探究物体的动能与哪些因素有关”等。在教学实践中教师要引导学生尽量避免机械性的记忆、背诵式的学习；要从实际出发，在不增加学生负担的情况下，适当作出调整，帮助学生加强理解，规范分析，注重原理。这将对教学和学生以后的进一步学习大有裨益。
关键词：平衡；受力；多力；理解
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1009-010X（2015）09-0056-02
课程标准对二力平衡外的多力平衡问题并不作要求，而多力平衡在初中物理教学中却是绕不开的问题。多力平衡相比二力平衡虽然只是数量上的增加，在逻辑上并没有质的跃升，但在视野和观念上给学生以较大的拓展和冲击，在锻炼学生的思维品质的同时，也为学生进一步升入高中打好坚实的基础和铺垫。近年中考试题中隐含的多力平稳问题，应引起物理教师的高度注意。
一、多力平衡问题例析
（一）实验中隐含的多力平衡问题
例1.（2013年33题）由某种合金制成的两个大小不同的工艺品，其中一个实心，一个空心。小明为判定哪个是空心的，进行了如下实验。（已知ρ水=1.0g/cm3，取g=10N/kg）
【实验过程】将下列实验步骤中空白处补充完整。
①用弹簧测力计测出小工艺品的重力G1=2N。
②将挂在测力计下方的小工艺品浸没水中，小工艺品受到 个力。
的作用，此时测力计的示数F1=1.6N，则浮力F浮= N。
③用测力计测出大工艺品的重力G2=3N。
④如图1所示，将挂在测力计下方的大工艺品浸没水中，测力计的示数F2= N。
⑤合金的密度ρ= g/cm3，则 （选填“大”或“小”）工艺品是空心的。
【拓展应用】空心工艺品空心部分的体积是 cm3。
解析：（1）当小工艺品浸没在水中时，对其受力分析如图2所示，可知小工艺品受到重力G1、浮力F浮和绳子的拉力F1三个力的作用，在试题②中第一空填“三”。由于小工艺品处于平衡时受三个力作用：
G1=F浮 F1 ①
所受浮力为： F浮= G1-F1=2N-1.6N=0.4N
在试题②中第二空填中填0.4N。
F浮=ρ水gV排1 ②
ρ小=m1/V排1 ③
（2）同理当大工艺品浸没在水中平衡时受三个力作用：
G2=F浮大 F2 ④
F浮大=ρ水gV排2 ⑤
ρ大 =m2/V排2 ⑥
由①②③④⑤⑥解得：ρ小=5g/cm3>ρ大=3.75g/cm3
小结：从解析中我们看到大小工艺品两次浸没在水中时都需要进行受力分析，它们受到三个力的作用而平衡，此题只有使用唯一的三力平衡的知识才能顺利解答，没有其它办法。这道中考试题给我们的启示是：在浮力的教学中，对浸没在液体中的物体进行受力分析，三力平衡的知识虽不在课标要求之列，但卻不可避免，教师应认真对待，若为了不超标而模糊处理，会给学生带来糊涂的认识。
（二）计算题中隐含的多力平衡问题
例2.（2012年37题）。如图16所示，重为1140 N的物体，它与水平地面的接触面积为1.5×103cm2。工人师傅用600N的力匀速提升物体，物体的速度为0.2m/s。（不计摩擦及绳重）求：
（1）工人师傅拉绳的功率；
（2）滑轮组的机械效率；
（3）体重为450N的小明用此滑轮组提升物体，但物体没有被拉动，物体对地面的最小压强为多大。
解析：大部分教师对绳的拉力与滑轮和物体的重力间的相互关系有各自教学方法，其中用和动滑轮相连的绳子条数来确定它们之间关系的方法较为常见。在第3问中，与动滑轮相连的绳子有两根，对物体及动滑轮这个整体进行受力分析，其受到向上的拉力为2F，还有重力、地面对物体的支持力，再根据牛顿第三定律得到物体对地面的压力，通过压强公式计算物体对地面的压强。当拉力最大等于人的体重时，压强最小。对物体及动滑轮受力分析，如图
（1）拉力的功率：
P拉=■=■=Fv绳=600N×2×0.2m/s=240W
（2）滑轮组的机械效率：
η=■=■=■=■=95%
（3）由于忽略摩擦及绳重则G G动= 2F F支①
根据牛顿第三定律F支=F压 ②
对地面压强最小时F=G人 ③
物体对地面的最小压强：p=F压/S ④
由①②③④解得p=2.0×103Pa
小结：遇到此类问题，教师大多采用与动滑轮的绳子数量来确定力及数值关系，较为机械、缺乏意义的理解，弊端较大。如果本题我们分别选动滑轮（受三个力）、物体（受两个力）为研究对象，或者选择滑轮和物体这个系统整体（受三个力）为研究对象，都会涉及多力平衡问题，受力分析后能使问题基本达到迎刃而解的效果。
二、教学中对多力平衡问题的建议
除了上述2012年、2013年中考涉及多力平衡的问题外，其余年份也基本都会涉及到多力平衡问题，如2010年的21题，2011年的33题、37题，2014年 33题、37题等等。多力平衡试题在中考中大量隐性出现，在平时教学中也涉及到，如果我们在教学中对二力平衡稍加扩展，在难度和逻辑上都不会给学生增加很大负担，却能对学生准确理解相关知识和进入高中进一步学习力学及电学打下良好的基础。因此，在人教版的权威专家对此都不置可否的情况下，中学课堂教学大可不必拘泥于超不超标的魔咒，建议对简单的多力平衡问题，教师不必犹抱琵琶半遮面，可清清楚楚的分析受力，讲清原理，明确计算，突破难点，为学生真正减轻负担，不再徒减轻学生负担之名而行增加学生负担之实。
三、多力平衡涉及的知识及解题步骤
1.多力平衡涉及的知识点：浮力，压强，滑轮组等。
2.多力平衡解题步骤。
①确定受力物体；
②对物体受力分析；
③列平衡方程；
④检验各力；
⑤解方程求物理量。
经历多次变化，课标从知识的内容、顺序、科学性及减负等各方面已经作了不少的调整，特别是在没有明显影响知识面和系统性的情况下，为中学生减轻负担做了大量的整合和调整，大大地缓解了中学生的课程容量和课业负担，现已基本趋于稳定。为了有效控制难度和知识面，教材在很多方面作了限制和模糊处理，例如“探究物体的动能与哪些因素有关”等。在教学实践中教师要引导学生尽量避免机械性的记忆、背诵式的学习；要从实际出发，在不增加学生负担的情况下，适当作出调整，帮助学生加强理解，规范分析，注重原理。这将对教学和学生以后的进一步学习大有裨益。