高一物理學(xué)習(xí)：從實(shí)驗(yàn)入手深化理解動(dòng)量定理
動(dòng)量定理是高中物理課程的重要基礎(chǔ)知識(shí),對(duì)學(xué)生擴(kuò)展牛頓定律的認(rèn)識(shí)、學(xué)習(xí)動(dòng)量守恒定律、研究有關(guān)碰撞和打擊等問題,起著十分重要的作用。教學(xué)實(shí)踐表明,學(xué)生不是很容易掌握這個(gè)問題,尤其是對(duì)沖量和沖力的認(rèn)識(shí),往往模糊不清。因此,如何使學(xué)生真正理解這兩個(gè)概念,就成為動(dòng)量定理教學(xué)中的關(guān)鍵。
我給學(xué)生做過一道簡(jiǎn)單習(xí)題:體重60kg的建筑工人,不慎從高空跌下,由于彈性安全帶的保護(hù),他被懸掛起來。已知彈性緩沖時(shí)間是12s,安全帶長(zhǎng)5m, 求安全帶所受的平均沖力。在解題中不少學(xué)生暴露出來對(duì)動(dòng)量定理的模糊認(rèn)識(shí),計(jì)算結(jié)果是安全帶所受的平均沖力小于工人體重。錯(cuò)在哪里?為了引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、分析原因,可讓學(xué)生自己做一些簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn),在教師提出幾個(gè)有針對(duì)性問題的啟發(fā)下,自己邊實(shí)驗(yàn),邊觀察,邊分析,邊總結(jié)。
[實(shí)驗(yàn)]:用很輕的細(xì)線吊著一個(gè)物體。
[啟發(fā)性問題]:
�、僭谄胶鉅顟B(tài)下,物體受哪些力的作用?細(xì)線所受的拉力是多大?(物體受細(xì)線的拉力和重力的作用。細(xì)線所受的拉力在數(shù)值上等于物體的重量,方向向下。)
②托起物體,讓物體自由落下,在沖拉一瞬間,細(xì)線斷了。問:在這一瞬間,物體受哪幾個(gè)力的作用?細(xì)線所受的拉力有何變化?(這一瞬間細(xì)線斷了,表明細(xì)線所受的拉力增大了。)這里教師應(yīng)該指出,細(xì)線和物體所受的這個(gè)瞬時(shí)拉力就是沖力。
�、凵项}中,安全帶所受的平均沖力會(huì)小于工人的體重嗎?(這時(shí)學(xué)生知道:不會(huì)。)這個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn),定性地否定了上題中的計(jì)算結(jié)果。為了讓學(xué)生進(jìn)一步理解動(dòng)量定理,可把實(shí)驗(yàn)略加改動(dòng):換一條較韌的細(xì)線,不讓它斷,線的上端掛在彈簧秤鉤上。利用彈簧秤的讀數(shù),可以半定量地說明問題(由于彈簧秤的彈力而產(chǎn)生的微小振動(dòng),不宜在這里分析)。通過教師的啟發(fā),讓學(xué)生得出結(jié)論。
除此之外,也可以讓學(xué)生站在磅秤上不動(dòng),然后又讓他跳上磅秤(跳的高度任意),這時(shí)磅秤的瞬時(shí)讀數(shù)比人的體重大等等。這些實(shí)驗(yàn)雖然都很簡(jiǎn)單也遠(yuǎn)非完善,卻能給學(xué)生一些感性認(rèn)識(shí),對(duì)形成正確概念是很有幫助的。
同時(shí),為了使學(xué)生真正掌握動(dòng)量定理,靈活運(yùn)用于分析問題和解決問題,在此需要反復(fù)講清動(dòng)量和沖量、沖力等幾個(gè)重要概念,講清動(dòng)量定理數(shù)學(xué)公式的物理意義、適用的條件和范圍。①動(dòng)量定理表示:物體所受的合力F的沖量等于物體在這段時(shí)間里的動(dòng)量的改變。
②沖力f是作用時(shí)間很短而平均值很大的變力。這種力常見于碰撞或打擊現(xiàn)象中,有時(shí)又稱為沖擊力或打擊力。但是,沖力f和合力F是不能混為一談的。如果物體只受某一沖力f作用而動(dòng)量發(fā)生改變,則f就是F。如果物體除受沖力f外還受其他力(如重力)的作用,則f就不等于F;只有其他的力比沖力小很多而忽略不計(jì)外,才可以認(rèn)為f等于F。我們?cè)诮忸}過程中有條件地略去其他的力而只考慮沖力,跟不加分析地略去或完全不知道這些力是完全不同的。
③由于沖力是隨時(shí)間而變化的變力,在具體問題中很難確定,而動(dòng)量的改變是可測(cè)的有限值,因而經(jīng)常利用動(dòng)量定理求沖量或平均沖力。
④動(dòng)量mV是矢量,它的方向跟速度的方向一致;沖量FΔt也是矢量,在Δt很小時(shí),它的方向跟合外力的方向一致。因此在分析問題時(shí),要注意它們的矢量性,要選定正負(fù)方向。
(責(zé)任編輯：張新革)
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