“不可能”存在的运动

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  笔者在教学过程中发现了部分学生认为不可能存在的运动,例题如下.
  1.如图1所示,质量m=10 kg的物体在水平面上向左运动,物体与水平面间的动摩擦因数为0.2,与此同时物体受到一个水平向右的推力F=20 N的作用,则物体产生的加速度是
  A.0 B.4 m/s2,水平向右
  C.2 m/s2,水平向左 D.2 m/s2,水平向右
  解析 物体在水平地面上向左运动,竖直方向受重力、支持力.竖直方向上物体没有加速度,重力与支持力的合力为零;水平方向上物体受到水平向右的推力和水平向右的滑动摩擦力(滑动摩擦力的方向与相对运动方向相反).水平向右的推力 F=20 N,滑动摩擦力 f=μN=μmg=0.2×10×10=20 N,所以合力大小为F合=(20 20) N=40 N,方向水平向右,根据牛顿第二定律得:a=F合/m=4 m/s2,水平向右.故选B.
  2.一支架固定于放于水平地面上的小车上,细线上一端系着质量为m的小球,另一端系在支架上,当小车向左做直线运动时,细线与竖直方向的夹角为θ,此时放在小车上质量M的A物体跟小车相对静止,如图所示,则A受到的摩擦力大小和方向是[TP11GW106.TIF,Y#]
  A.Mgsinθ,向左
  B.Mgtanθ,向右
  C.Mgcosθ,向右
  D.Mgtanθ,向左
  解析 以小球为研究对象,根据牛顿第二定律,得mgtanθ=ma,得a=gtanθ;以A物体为研究对象f=Ma=Mgtanθ,方向水平向右.故A、C、D错误,B正确.
  以上两题设计的本意是为了训练学生根据运动状态来分析物体的受力.教师在讲解时集中精力引导学生认识摩擦力的和应用牛顿第二定律.笔者从实践中发现,少数学生对以上作出的解释不是不懂,而是自己一开始就不承认存在这样的运动.题1中,物体明明是有向右的作用力,而物体却是向左运动;题2中,小球在杆的左边,应该有向左的拉力,但题设未给 [LL]这样的条件.滑块向左运动,应该具有向左的力,所以物块A应该受到向左的静摩擦力.刚听到这样的疑惑时,笔者哭笑不得.
  笔者在后续的教学过程中总会碰到这样感性认识自然规律的学生,亦或是初中时期太多机械式的静态分析、二力平衡,已经形成了惰性、短期思维,脑袋认定了——“一切物体最初处于静止状态;力维持物体的运动” ,而且根深蒂固.无怪乎于,亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”这一错误结论维持了近两千年.
  发现问题就要找出问题的原因并解决问题,笔者的思考如下.
  人教版必修1动力学部分,安排的是先让学生熟悉牛顿运动定律的内容,然后学会受力分析,最后是运用牛顿运动定律解决问题.牛顿第一定律作为动力学开篇,目前教师几乎是以讲故事的形式处理.因为学生动力学基础不够,教师在这也无法深入.部分学生在故事课堂上虽然记住相应的研究方法,定律内容,但并未从思想上接受“力是改变物体运动的原因”,碰到实际问题还是以“亚里士多德的思维方式”来分析.
  对于这样认识问题的学生,教师单单从滑动摩擦力和静摩擦力的概念上去讲并不能从根本上解决问题.学生认定的是“一切物体最初处于静止状态;力维持物体的运动”,出发点是如何实现这样的运动.而教师坚信“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态;力改变物体的运动状态”,思考的是当前运动状态在力的作用下如何改变.加速直线运动的题型刚好和学生的错误认识吻合,这时检测不出学生的任何问题.
  学生的错误认识来自于生活经验的错误总结,他们更愿意相信生活感受.所以笔者将例题中的物理模型还原成真实的生活场景,以己之矛攻己之盾,让学生承认该运动的存在.题1中的模型可还原成向左运动的汽车刹车,力F看成空气阻力;题2中的模型也可还原成向左运动的车突然刹车.这个时候教师可以乘热打铁,以正确的推理得出正确的结果,强化学生对牛顿第一定律的理解,以及摩擦力的认识.
  通过以上问题的探究,笔者深刻的体会到了教师到学生中去,了解真实的学生,“以学定教”的重要性.学生对于自然规律的正确认识,科学观的建立不是一蹴而就的,教育教学活动需要广大教师的静心反思,耐心讲解,有心创新.
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