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【摘要】“弹力”作为高中物理课程力学的重要组成部分,也是高考经常考查的内容,对“弹力”的认识就显得尤为重要。许多学生在“弹力”的概念上出现了很多误区造成了物理教师在教学和练习中产生没有必要的问题。本文从对高中物理“弹力”的认识与产生,对物体弹性形变等教学进行阐述,然后根据其教学中存在的误区进行分析,最后对其存在的误区进行矫正。
【关键词】高中物理 弹力 误区 矫正
大多数学生在学习高中物理力学时,对“弹力”有很大的误区,尤其在高中物理的“弹力”这节教学中學生与教师在某些知识点上存在着很大的误区,更存在许多分歧问题,为了解决这个难题,教师在教学过程中一定要矫正学生的知识点。
一、高中物理“弹力”存在的误区
(一)高中物理“弹力”的教学现状
(1)“弹力”与生活
“弹力”这个物理名词,对于大部分学生来说并不陌生。“弹力”在我们的生活中随处可见,在生活中经常会碰到与弹力相关的生活现象。比如:喜欢健身的男生喜欢用练臂器来练臂力,在用练臂器来锻练臂力的时候,会拉动弹簧来进行锻炼,弹簧在拉伸与压缩的过程中都会发生“弹力”形变【1】;汽车、自行车的减震器、还有许多小孩的玩具都有弹力存在,这些都是我们生活中所遇见的“弹力”现象。
(2)“弹力”在教学中的知识点
1. “弹力”中发生弹性形变的过程
力的作用效果不仅只是改变物的运动状态,还表现在物体在受到外来力时发生形状的改变,也就是力的第二个作用效果:让物体在受力时发生形变。在物体发生形变的过程中也就产生了“弹力”,所以“弹力”与物体的形变有着直接的关系。在高中物理人教版《物理》必修一教科书中,有关对“弹力”的知识点的概述。
“弹力”就是“发生形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体会产生力的作用”。物体因为受到外力而发生形变,等外力慢慢撤去作用力物体慢慢恢复原状。“弹性”形变可以分为两种即为弹性形变与非弹性形变【2】。非弹性形变又可以分为两种形变即为不完全弹性形变与塑形形变。到底物体在发生形变过程中,形变的物体真正产生弹力了吗?或许在大部分的参考书中都提出了要想产生弹力,必须要满足两个的条件即为相互接触与发生弹性形变。在物体产生非弹性的形变是否有弹力产生的观点进行探讨,比如捏皮泥,在你玩橡皮泥的时候,你用手去捏橡皮泥时,橡皮泥就发生塑性形变,当你不去捏橡皮泥之后,橡皮泥竟然没有恢复到原来的形状,在橡皮泥变形的过程中,橡皮泥不会对你接触橡皮泥的手产生弹力。在这样看来,非弹性形变确实没有对手产生弹力。但是在你捏橡皮泥的过程中,你的手掌发生了形变,一定会对手掌接触的橡皮泥产生弹力,由于力的作用是相互的,由此得出在捏橡皮泥的过程中,橡皮泥对手掌表面有等同的反向弹力。因此,物体在非弹性形变的过程中也会有弹力产生。只不过,在物体发生弹性形变的过程中,物体发生形变之后立即撤去了作用力,但是与之接触的物体都会发生弹性形变,物体都会产生“弹力”。物体不单在发生明显的形变时产生弹力,在我们肉眼看不到明显形变时也会产生弹力,此时的形变为微小形变。
演示实验:我在教学中自制了实验装置,当用力捏玻璃瓶时会看到玻璃管中的水柱明显上升,松手水柱下降,说明了微小形变的存在,但肉眼看不到玻璃瓶明显的形变。(注:该演示实验要用细的玻璃管)。再如一块三角形有机玻璃压在另一块有机玻璃上,发生的形变很小,肉眼不能看出来,但是形变使有机玻璃内部不同部位的光学性质产生了差异,让特殊的光通过时,就完全可以看到这种差异。以上实验都说明“弹力”不单在物体发生明显形变时存在,在微小形变时也存在“弹力”,学生会误认为只有物体发生明显形变时才有“弹力”,所以在讲授过程中一定要强调当两物体发生相互挤压弹力才存在。
总结:我们通常用眼看到一些物体发生形变,还有一些物体眼睛根本观察不到它的形变,比如一些比较坚硬的物体,但是这些物体都有形变,只不过形变很微小,所以,一切物体都在力的作用下会发生形变。
2.“弹力”的微观本质
微观角度来看,弹力的本质就是当物体发生形变时,构成物体的分子在受到作用力之后,发生了偏离了原来的平衡位置。当物体发生形变时,物体本身的正负电荷的排列分布也发生了巨大的改变,让正负电荷之间在相互作用,分子与分子之间出现了引力或者斥力,只要有一方占优势,就会产生“弹力”。从某种程度来讲,只要物体受到外来作用力的时候都会使物体发生形变,当外力撤出之后,都会有想要恢复原来形状的趋势,这个趋势就有弹力的发生。因此,物体在受到外来作用力之后发生形变,与撤出作用力之后物体是不是能恢复原来的形状无关,其实就是物体发生形变并不一定是弹性形变。由此看来,在物体在受到外来作用力的作用下发生物体形变,这个形变不管是弹性形变还是非弹性形变,物体都有想恢复原来形状的趋势,与之相互接触的物体也因为发生形变而产生弹力的作用。在所有的形变的过程中,形变的物体都有它自己的弹性限度,有的物体的弹性限度无限接近零甚至等于零,因此,不完全弹性形变的弹性限度值要比弹性形变的弹性限度值要小得多。所以我们可以根据弹性限度值来判断物体到底属于哪种形变。
(二)高中物理“弹力”认识中存在的误区问题
(1)在高中物理教师教授“弹力”这节课时,大多数物理教师都会以放在桌面上的课本、粉笔以及黑板擦作为参照物,以物体对桌面的压力,桌面给物体的弹力作为讲解案例给学生介绍“弹力”,并且分析弹力的方向,导致很多学生都认为对物体的支持力与压力都属于弹力【3】。放在水平桌面上的书,由于重力的作用而压迫桌面,使书和桌面同时发生微小形变,书要恢复原状,对桌面产生垂直于桌面向下的弹力F1,这就是书对桌面的压力;桌面由于发生微小的形变,对书产生垂直于书面向上的弹力F2,这就是桌面对书的支持力。那物体的支持力与压力真的就是弹力吗?就拿一项生活小实验来说吧,磁铁是生活中最常见的具有吸引力的物体,当两个环形磁铁都放置在同一光滑竖直杆时,让两个环形磁铁的同名磁极极相对,这时两个环形磁铁处于相互静止状态。对于这个现象不难看出,磁铁本身就有向下的重力与向上的排斥力,当两个作用力相对组成平衡力时,物体向上的排斥力就不是物理受到的“弹力”,而是物体受到的一个向上的支持力。还可以根据牛顿第三定律推出,物体的质量的大小等于物体受到向上的排斥力,排斥力的方向是向下的,向下的磁力也同时作用于向下的磁铁上。由此可以看出向下的磁力的方向和上面的磁铁给它向下的压力的方向是一致的,由此也可以证明向下的压力不是弹力。这个小实验可以说明教师举书本等生活常见的物体是无法得出正确的结论,只能拿来进行说明“弹力”产生的过程和物体所受的各种作用力,却无法来说明“弹力”与物体形变有关,还有排斥力与支持力不属于“弹力”的观点,所以教师们在教授学生时,要用专门的教学实验来证明其相关的知识点与说法。因此,物理教师在教学的过程中不要盲目的去讲弹力的产生,让学生都认为所有的支持力和压力都属于弹力。 (2)高中的物理教师在教授“弹力”这节课中,在讲到弹力的方向时,有些物理教师没有特别分析“弹力”的方向究竟和形变的趋势是否有关。其实“弹力”的方向并不是总与形变的趋向相反。在高中物理司南版《物理》必修一教科书中这样阐述:“物体发生弹性形变时,由于要恢复原状会对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力”。让许多的教授多年的物理老师和学生都认为只有物体发生弹性形变,才会产生弹力【4】。其实这个观点并不是很正确的,首先,我们从力的定义了解到物体之间的作用力是相互的,当一个物体在对另一物体用力让物体发生形变的同时,也会受到另一物体对其产生力。当外来作用力撤去之后能否能完全恢复原来的形状,并不影响反作用力的存在”。只不过当外来作用力撤去后,发生非弹性形变的物体并不是完全向原来的方向恢复,只是恢复的程度很小。比如一根轻柔的丝线无论是变直还是变曲,都要受到外来作用力,都会对其产生反作用力,当把受到的外作用力撤去,物体就会稍微向原来的方向恢复,,只是我们的肉眼观察无法观察到。但这个并不能认同物体没有向原来的方向恢复。因此可以分析到“弹力”的方向并不是总与形变的趋向相反的。
二、高中物理“弹力”误区的矫正
(1)大多数学生都认为只有物体发生明显的形状变化才能叫物体发生了形变,大家都认为比如尺子变弯,橡皮筋被拉伸等生活现象才叫物体发生形变,对于那些比较坚硬的物体是不会发生形变,学生在微小形变的概念缺乏认识,对于物体之间是否受到存在作用力,学生往往会认为只有接触了才有力的存在。为了纠正学生这个误区,物理教师在教授这节课的时候,可以拿“当人跳板时,发生形变的跳板把人弹出”;“小车会被压缩的弹簧弹开”等生活小实验来给学生讲,学生才会明白弹力的作用是使物体动起来让其状态发生改变。物理教师在教授“弹力”这节课时,最好不要用生活的常见的“弹力”的现象去给学生讲解“弹力”的产生,这样很误导学生认为“弹力”的产生物体就必须要形变的观点。让许多学生认为自己在生活中所见的“弹力”现象都是正确的,其实有些现象是肉眼无法观察到的。因此物理教师要引用正确的实例来给学生讲解,而不是用生活常见的现象来说明,那样的话会误导很多学生。
(2)许多学生在对弹力理解的概念上存在一些问题,学生的生活常识比较短缺,常常会造成不能正确的认识其“弹力”的概念。学生往往从自己的观点去观察其周边的事物,并于自己与周边的环境相互作用,建造出属于自己认同的观点,学生常常观察到的“弹力现象”都是那些形变效果明显的物体。而物理中“弹力”
只要发生弹性形变的所有物体都有弹力。因此学生对“弹力”的概念就带有片面性或者矛盾性。为了让这样的误区彻底矫正,物理教师要在课堂上举办一个关于“弹力”的讨论会,让学生自己提出自己的观点并进行论述,并且要说明支持他自己观点的理由。让不同的学生说出自己不同的观点并且得出不同的结论。然后让学生自己去支持哪个观点是正确的,然后将正确的观点自己进行再次论述,最终学生都认为观点是正确的,最后物理教师要对正确的观点加以理解进行剖析与论述给学生,把错误的观点进行纠正,然后把错误的观点进行说明,这样学生才能对“弹力”的相关知识点记得更加牢固。所以,教师在教学的过程中要多要让学生进行实践讨论,让他们自己去改变和认同自己的观点。
【参考文献】
[1]范增.我国高中物理核心概念及其学习进阶研究[D].西南大学,2013.
[2]毛小平.高中物理关于弹力叙述中存在的几个问题[J]. 物理教学探讨,2013,02:52-53.
[3]朱加沐.高中物理關于弹力的叙述真的存在问题吗[J]. 物理教学探讨,2013,10:36-37.
[4]李星星.高中物理家庭作业设计存在的问题及其策略研究[D].上海师范大学,2013.
【关键词】高中物理 弹力 误区 矫正
大多数学生在学习高中物理力学时,对“弹力”有很大的误区,尤其在高中物理的“弹力”这节教学中學生与教师在某些知识点上存在着很大的误区,更存在许多分歧问题,为了解决这个难题,教师在教学过程中一定要矫正学生的知识点。
一、高中物理“弹力”存在的误区
(一)高中物理“弹力”的教学现状
(1)“弹力”与生活
“弹力”这个物理名词,对于大部分学生来说并不陌生。“弹力”在我们的生活中随处可见,在生活中经常会碰到与弹力相关的生活现象。比如:喜欢健身的男生喜欢用练臂器来练臂力,在用练臂器来锻练臂力的时候,会拉动弹簧来进行锻炼,弹簧在拉伸与压缩的过程中都会发生“弹力”形变【1】;汽车、自行车的减震器、还有许多小孩的玩具都有弹力存在,这些都是我们生活中所遇见的“弹力”现象。
(2)“弹力”在教学中的知识点
1. “弹力”中发生弹性形变的过程
力的作用效果不仅只是改变物的运动状态,还表现在物体在受到外来力时发生形状的改变,也就是力的第二个作用效果:让物体在受力时发生形变。在物体发生形变的过程中也就产生了“弹力”,所以“弹力”与物体的形变有着直接的关系。在高中物理人教版《物理》必修一教科书中,有关对“弹力”的知识点的概述。
“弹力”就是“发生形变的物体,由于要恢复原状,对与它接触的物体会产生力的作用”。物体因为受到外力而发生形变,等外力慢慢撤去作用力物体慢慢恢复原状。“弹性”形变可以分为两种即为弹性形变与非弹性形变【2】。非弹性形变又可以分为两种形变即为不完全弹性形变与塑形形变。到底物体在发生形变过程中,形变的物体真正产生弹力了吗?或许在大部分的参考书中都提出了要想产生弹力,必须要满足两个的条件即为相互接触与发生弹性形变。在物体产生非弹性的形变是否有弹力产生的观点进行探讨,比如捏皮泥,在你玩橡皮泥的时候,你用手去捏橡皮泥时,橡皮泥就发生塑性形变,当你不去捏橡皮泥之后,橡皮泥竟然没有恢复到原来的形状,在橡皮泥变形的过程中,橡皮泥不会对你接触橡皮泥的手产生弹力。在这样看来,非弹性形变确实没有对手产生弹力。但是在你捏橡皮泥的过程中,你的手掌发生了形变,一定会对手掌接触的橡皮泥产生弹力,由于力的作用是相互的,由此得出在捏橡皮泥的过程中,橡皮泥对手掌表面有等同的反向弹力。因此,物体在非弹性形变的过程中也会有弹力产生。只不过,在物体发生弹性形变的过程中,物体发生形变之后立即撤去了作用力,但是与之接触的物体都会发生弹性形变,物体都会产生“弹力”。物体不单在发生明显的形变时产生弹力,在我们肉眼看不到明显形变时也会产生弹力,此时的形变为微小形变。
演示实验:我在教学中自制了实验装置,当用力捏玻璃瓶时会看到玻璃管中的水柱明显上升,松手水柱下降,说明了微小形变的存在,但肉眼看不到玻璃瓶明显的形变。(注:该演示实验要用细的玻璃管)。再如一块三角形有机玻璃压在另一块有机玻璃上,发生的形变很小,肉眼不能看出来,但是形变使有机玻璃内部不同部位的光学性质产生了差异,让特殊的光通过时,就完全可以看到这种差异。以上实验都说明“弹力”不单在物体发生明显形变时存在,在微小形变时也存在“弹力”,学生会误认为只有物体发生明显形变时才有“弹力”,所以在讲授过程中一定要强调当两物体发生相互挤压弹力才存在。
总结:我们通常用眼看到一些物体发生形变,还有一些物体眼睛根本观察不到它的形变,比如一些比较坚硬的物体,但是这些物体都有形变,只不过形变很微小,所以,一切物体都在力的作用下会发生形变。
2.“弹力”的微观本质
微观角度来看,弹力的本质就是当物体发生形变时,构成物体的分子在受到作用力之后,发生了偏离了原来的平衡位置。当物体发生形变时,物体本身的正负电荷的排列分布也发生了巨大的改变,让正负电荷之间在相互作用,分子与分子之间出现了引力或者斥力,只要有一方占优势,就会产生“弹力”。从某种程度来讲,只要物体受到外来作用力的时候都会使物体发生形变,当外力撤出之后,都会有想要恢复原来形状的趋势,这个趋势就有弹力的发生。因此,物体在受到外来作用力之后发生形变,与撤出作用力之后物体是不是能恢复原来的形状无关,其实就是物体发生形变并不一定是弹性形变。由此看来,在物体在受到外来作用力的作用下发生物体形变,这个形变不管是弹性形变还是非弹性形变,物体都有想恢复原来形状的趋势,与之相互接触的物体也因为发生形变而产生弹力的作用。在所有的形变的过程中,形变的物体都有它自己的弹性限度,有的物体的弹性限度无限接近零甚至等于零,因此,不完全弹性形变的弹性限度值要比弹性形变的弹性限度值要小得多。所以我们可以根据弹性限度值来判断物体到底属于哪种形变。
(二)高中物理“弹力”认识中存在的误区问题
(1)在高中物理教师教授“弹力”这节课时,大多数物理教师都会以放在桌面上的课本、粉笔以及黑板擦作为参照物,以物体对桌面的压力,桌面给物体的弹力作为讲解案例给学生介绍“弹力”,并且分析弹力的方向,导致很多学生都认为对物体的支持力与压力都属于弹力【3】。放在水平桌面上的书,由于重力的作用而压迫桌面,使书和桌面同时发生微小形变,书要恢复原状,对桌面产生垂直于桌面向下的弹力F1,这就是书对桌面的压力;桌面由于发生微小的形变,对书产生垂直于书面向上的弹力F2,这就是桌面对书的支持力。那物体的支持力与压力真的就是弹力吗?就拿一项生活小实验来说吧,磁铁是生活中最常见的具有吸引力的物体,当两个环形磁铁都放置在同一光滑竖直杆时,让两个环形磁铁的同名磁极极相对,这时两个环形磁铁处于相互静止状态。对于这个现象不难看出,磁铁本身就有向下的重力与向上的排斥力,当两个作用力相对组成平衡力时,物体向上的排斥力就不是物理受到的“弹力”,而是物体受到的一个向上的支持力。还可以根据牛顿第三定律推出,物体的质量的大小等于物体受到向上的排斥力,排斥力的方向是向下的,向下的磁力也同时作用于向下的磁铁上。由此可以看出向下的磁力的方向和上面的磁铁给它向下的压力的方向是一致的,由此也可以证明向下的压力不是弹力。这个小实验可以说明教师举书本等生活常见的物体是无法得出正确的结论,只能拿来进行说明“弹力”产生的过程和物体所受的各种作用力,却无法来说明“弹力”与物体形变有关,还有排斥力与支持力不属于“弹力”的观点,所以教师们在教授学生时,要用专门的教学实验来证明其相关的知识点与说法。因此,物理教师在教学的过程中不要盲目的去讲弹力的产生,让学生都认为所有的支持力和压力都属于弹力。 (2)高中的物理教师在教授“弹力”这节课中,在讲到弹力的方向时,有些物理教师没有特别分析“弹力”的方向究竟和形变的趋势是否有关。其实“弹力”的方向并不是总与形变的趋向相反。在高中物理司南版《物理》必修一教科书中这样阐述:“物体发生弹性形变时,由于要恢复原状会对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力”。让许多的教授多年的物理老师和学生都认为只有物体发生弹性形变,才会产生弹力【4】。其实这个观点并不是很正确的,首先,我们从力的定义了解到物体之间的作用力是相互的,当一个物体在对另一物体用力让物体发生形变的同时,也会受到另一物体对其产生力。当外来作用力撤去之后能否能完全恢复原来的形状,并不影响反作用力的存在”。只不过当外来作用力撤去后,发生非弹性形变的物体并不是完全向原来的方向恢复,只是恢复的程度很小。比如一根轻柔的丝线无论是变直还是变曲,都要受到外来作用力,都会对其产生反作用力,当把受到的外作用力撤去,物体就会稍微向原来的方向恢复,,只是我们的肉眼观察无法观察到。但这个并不能认同物体没有向原来的方向恢复。因此可以分析到“弹力”的方向并不是总与形变的趋向相反的。
二、高中物理“弹力”误区的矫正
(1)大多数学生都认为只有物体发生明显的形状变化才能叫物体发生了形变,大家都认为比如尺子变弯,橡皮筋被拉伸等生活现象才叫物体发生形变,对于那些比较坚硬的物体是不会发生形变,学生在微小形变的概念缺乏认识,对于物体之间是否受到存在作用力,学生往往会认为只有接触了才有力的存在。为了纠正学生这个误区,物理教师在教授这节课的时候,可以拿“当人跳板时,发生形变的跳板把人弹出”;“小车会被压缩的弹簧弹开”等生活小实验来给学生讲,学生才会明白弹力的作用是使物体动起来让其状态发生改变。物理教师在教授“弹力”这节课时,最好不要用生活的常见的“弹力”的现象去给学生讲解“弹力”的产生,这样很误导学生认为“弹力”的产生物体就必须要形变的观点。让许多学生认为自己在生活中所见的“弹力”现象都是正确的,其实有些现象是肉眼无法观察到的。因此物理教师要引用正确的实例来给学生讲解,而不是用生活常见的现象来说明,那样的话会误导很多学生。
(2)许多学生在对弹力理解的概念上存在一些问题,学生的生活常识比较短缺,常常会造成不能正确的认识其“弹力”的概念。学生往往从自己的观点去观察其周边的事物,并于自己与周边的环境相互作用,建造出属于自己认同的观点,学生常常观察到的“弹力现象”都是那些形变效果明显的物体。而物理中“弹力”
只要发生弹性形变的所有物体都有弹力。因此学生对“弹力”的概念就带有片面性或者矛盾性。为了让这样的误区彻底矫正,物理教师要在课堂上举办一个关于“弹力”的讨论会,让学生自己提出自己的观点并进行论述,并且要说明支持他自己观点的理由。让不同的学生说出自己不同的观点并且得出不同的结论。然后让学生自己去支持哪个观点是正确的,然后将正确的观点自己进行再次论述,最终学生都认为观点是正确的,最后物理教师要对正确的观点加以理解进行剖析与论述给学生,把错误的观点进行纠正,然后把错误的观点进行说明,这样学生才能对“弹力”的相关知识点记得更加牢固。所以,教师在教学的过程中要多要让学生进行实践讨论,让他们自己去改变和认同自己的观点。
【参考文献】
[1]范增.我国高中物理核心概念及其学习进阶研究[D].西南大学,2013.
[2]毛小平.高中物理关于弹力叙述中存在的几个问题[J]. 物理教学探讨,2013,02:52-53.
[3]朱加沐.高中物理關于弹力的叙述真的存在问题吗[J]. 物理教学探讨,2013,10:36-37.
[4]李星星.高中物理家庭作业设计存在的问题及其策略研究[D].上海师范大学,2013.