高中生应用牛顿运动定律解题存在的困难及方法探究--中国期刊网

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高中生应用牛顿运动定律解题存在的困难及方法探究

发表时间：2021/3/29 来源：《中小学教育》2021年2月1期作者：车同浩

[导读]

车同浩喀河南省内黄县第一高级中学高三28班
中图分类号：G652.2 文献标识码：A 文章编号：ISSN1001-2982（2021）02-010-02

        随着新课标的改革深入，教育以全面提高学生的综合素质为落脚点，在高中阶段的众多学科中，物理学科是一门极其重要的学科,它承担着培养学生各方面能力的任务。物理在注重实践能力的同时又注重理论知识，而理论知识的掌握需要通过真正有效的解题训练来实现。
        在步入高中以后，学生普遍认为做物理题非常困难，而且最让学生感到困惑的是自己在上课时一般能听得懂老师所讲的知识和习题，但是一轮到自己做题就没有思路，错误百出。学生对于基本物理概念和物理规律的理解并无太大问题，问题出在无法用知识顺利地解答物理问题，也就是说学生在解题时出现了严重的困难。为了克服这一困难，学生购买大量的练习册，盲目做题，解答各式各样的物理问题成了学生学习物理每天必做的事情。这些大量的复杂的物理问题不仅没有产生预想的效果，反而加重了学生学习的负担，造成学生提不起对物理的兴趣和自信，使得原本充满生活乐趣的物理学习变得枯燥乏味，讨人厌烦，解决问题的能力从本质上来讲也并没有提高。所以，解决学生的物理解题困难势在必行。而牛顿运动定律是整个高中物理的基础，对于掌握高中物理知识和提高思维能力起着至关重要的作用，所以处理好牛顿运动定律解题困难是学好高中物理的重中之重。
        一、深刻理解定律内涵，正确运用定律解题
        学生要应用牛顿运动定律解题，必须首先要深刻理解牛顿运动定律的内涵与外延，其次是掌握定律的本质与核心内容，这样才能在解题中正确地运用牛顿定律解题。
        1.对牛顿第一定律的理解
        该定律提示了力和运动之间的关系，强调了力是物体改变运动状态的根本原因，而不是保持物体运动的因素，一切物体在任何状态下都具有惯性，惯性的大小只和物体的质量相关，惯性它不是一种力，不能说物体受到惯性力。该定律的适用范围限定在惯性系，不适用于非惯性系。该定律是在理想状态下得出的结论，因此其运用或进行实验验证时应设定在理想状态下。掌握了定律的本质与核心内容，才能在解题中正确运用。
        例1：选出下列叙述中正确的说法（）
        A、物体在静止时才具有惯性，而在做自由落体时不具有惯性。
        B、如果没有外力的推动，小车不可能运动。
        C、物体只受一个力的作用，它的运动状态肯定会改变。
        D、当一个物体的运动速度越大时，它的惯性就会越大。
        解析：要解答此题，需要对牛顿第一定律有深入的理解，才能选出正确选项。由于一切物体在任何状态下都有惯性，并且惯性只和质量相关，它与速度无关。虽然速度越大，让物体停下来越难，但这不能说明其运动状态的改变越难。因此，A、B、D三个选项是错误的，C选项是正确的，因为物体只受一个力的作用，其合力必定不为0，因此其运动状态肯定会改变。
        2.对牛顿第二定律的理解
        牛顿第二定律同样揭示了力和运动之间的关系，同样强调力是改变物体运动状态的根本原因。但与第一定律相比它注重的是力在改变物体运动状态时的瞬时效果，强调物体运动状态的变化是合力作用的结果，每一个力作用于物体，都会让物体产生各自的加速度，而合力的加速度等于每个力产生加速度的矢量之和。物体、力和加速度三者具有同体性，即它们针对的是同一个物体。

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加速度与合力都是矢量，都具有方向性，并且两者有相同的方向。同样该定律的局限性在于它只适用于惯性系，而不适合非惯性系。
        例2：把牛顿第二定律公式F=ma变形后可得m=F/a公式，根据两个公式判断下列说法的对错（）
        A、物体的a和它受到的任何一个F成正比，而与成反比。
        B、物体的a和它受到的合外力成正比，而与物体质量成反比。
        C、物体的质量和它受到的合外力成正比，而与其a成反比。
        D、物体的质量和它受到的合外力与a没有关系。
        解析:牛顿运动定律的公式以及变形公式m=F/a、a=F/m，它只说明F、m、a这三个量之间存在数值关系，但是三个公式的物理意义却是不相同的，不能从公式的数值上来讨论三个量的决定因素。F是由力产生的条件来，是物体的固有属性，由其本身决定，而a是由力和质量两者共同决定的。对定律的公式表达式有了深刻的理解，才能正确解题。这样上述四个说法就容易判断其对错了，可判断出B、D两说法正确，而A、C说法错误。
        3.对牛顿第三定律的理解
        该定律的内容虽然非常简单，但要真正理解其内涵，还需要下一番功夫，不少学生在运用该定律解题时，在进行受力分析时非常容易出现错误，是对作用力和反作用力的内涵本质没有制度清楚。要理解定律内涵需要抓住如下几点：一是作用力和反作用力总是同时产生而又同时消失，两者是同一种性质的力，如，作用力是摩擦力，则反作用力也必定是摩擦力；二是作用力和反作用力它们分别作用在不同的物体上面，两者产生的效果是无法抵消的，而且大小相等、方向相反；三是要能区分作用力和反作用力与一对平衡力的本质区别，这也是最易出错的地方；四是该定律是把一个物体受到的力与另外一个物体受到的力进行相互联系的的桥梁。因此，在进行受力分析时，如果一个力的有没有无法判断时，可运用该定律帮助进行判断。如果一个力的大小无法求解时，可根据其反用力的大小来求该力的大小。
        二、学会正确受力分析，打牢物理解题基础
        学会正确地受力分析是应用牛顿定律解题的重要基础，因此，要应用牛顿定律解题，就必须让学生学会对物体的受力分析的方法、规律和技巧。
        1.熟练掌握力的合成与分解的一般方法与定则
        力的合成与分解是整个力学的基础，也是应用牛顿运动定律解题的重要基础，首先要掌握力的合成与分解的一般概念、与所遵循的定则；其次是要掌握共点力的概念与合成定则，以及最大合成值、最小合成值；再次是掌握平行四边形定则、三角形定则的公式、应用范围，特别是要知道力的平行四边形定则的适用范围是共点力。力的分解可看成是力的合成的逆运算，两者遵循的法则是一样的。
        2.受力分析在牛顿运动定律中的应用
        在牛顿运动定律中，物体的受力情况可从两个方面进行分析：一是根据受力分析来确定物体运动情况，也就是根据物体全部受力情况，根据牛顿第二定律可求出加速度，再结合初始条件就可确定物体的运动情况；二是从物体运动情况反过来确定受力情况，也就是根据运动情况，求出加速度，然后根据第二定律就可确定物体受力情况；三是加速度是把物体受力和运动状态联系起来的桥梁。
        总之，要提高高中学生应用牛顿运动定律解题的能力，需要老师们在物理教学中采取积极的策略，培养学生解题兴趣，消除学生物理力学解题的畏难心理，深入理解掌握牛顿运动定律内涵，重视解题思维能力培养，综合运用多种力学解题方法，才能达到提高学生解题能力的教学目标。