用比较法探究_作用力与反作用力_的关系_蒋亚刚

2014 04教学实践 用比较法探究 作用力与反作用力 的关系 文 蒋亚刚 摘要 比较法 是学习物理知识的一种常用方法 它是通过对一些相近或相似的物理概念 物理公式 物理规律等的比较 找出 它们的区别与联系 从而精准地掌握物理知识 作用力与反作用力 广泛存在于发生相互作用的物体间 故掌握 作用力与反作用力 及其相关知识所遵循的规律 对于学好高中物理力学部分具有非常重要的意义 可运用比较的方法来研究 作用力与反作用力 的有关 知识 关键词 比较法 作用力 反作用力 一 在进行相关的比较之前 必须理解 作用力与反作用力 的基本特征 牛顿第三定律告诉我们 两个物体之间的 作用力与反作用 力 总是大小相等 方向相反 作用在同一直线上 即所谓的 等 大 反向 共线 作用力与反作用力 的基本特征是 同时 性 彼此性 与 同一性 即 1 作用力与反作用力 总是同时 存在 互为依存 无 主动 与 被动 或 原因 与 结果 之分 2 作 用力与反作用力 是分别作用在 彼此 对方的两个物体上 虽然 大小相等 方向相反 作用效果却不会相互 抵消 这就是为什 么马拉车的力的大小等于车拉马的力而车却能加速前进的原 因 3 作用力与反作用力 一定是同一性质的力 要么都是弹 力 要么都是摩擦力 无一例外 还有一点值得一提 一对作 用力与反作用力一定是 等大 反向 共线 但满足此条件的 一对力不一定是一对 作用力与反作用力 如图 1 所示 F1与 F2 就是一对毫不相干的两个力 m1m2 F1F2 F1 F2 图 1 二 相关比较 比较分纵向比较和横向比较 由于学习 作用力与反作用 力 是在平衡力知识之后 故把 作用力与反作用力 与一对平衡 力的比较看作纵向比较 而把 作用力与反作用力 彼此的 冲量 与 功 的比较可看作横向比较 1 纵向比较 一对 作用力与反作用力 与一对 平衡力 的比较 相同点 都具有 等大 反向 共线 的特征 区别点 通过表 1 可清楚看出其区别点 一对作用力与反作用力一对平衡力 作用对象彼此两个物体上同一物体上 力的性质一定是同一性质的力不一定是同一性质的力 力的作用效果 不能抵消 各自独立产生 效果 相互抵消 力的作用特征 同时产生 同时变化 同 时消失 不一定同时产生 同时变 化 同时消失 表 1 2 横向比较 作用力与反作用力 的 冲量 与 功 的比较 1 作用力与反作用力 的冲量特征 由力的冲量的定义我们知道 力 F 和力的作用时间 t 的乘积 Ft 叫做该力的冲量 冲量是矢量 其方向由力的方向决定 由于 一对 作用力与反作用力 总是大小相等 方向相反 并且具有同 时性 这就决定了 作用力与反作用力 的冲量一定是等值反向 的 其矢量和为零 故两物体不受其他外力作用而只有彼此相互 作用时 由于它们给彼此的冲量的矢量和为零 它们的总动量的 变化为零 这个结论也适用于任意多个物体组成的 孤立系统 无外力作用 只存在系统间相互作用 即孤立系统中各物体动 量的矢量和在运动期间保持不变 P mivi Pi 恒量 这就是动量守恒定律 它是物理学的基本定律之一 不仅适 用于宏观物体 而且适用于微观物体 如原子 原子核 电子等 作用力与反作用力的冲量特征导致了孤立系统动量守恒这一结 果 当然 不是孤立系统 系统动量也可能守恒 只要系统所受 合外力为零或某一过程中所受外力的冲量的矢量和为零即可 总之 作用力与反作用力不会改变系统的总动量 不影响系统总 动量守恒 2 作用力与反作用力 的功的特征 由于一对 作用力与反作用力 的冲量一定是等值反向的 导致一部分学生以为一对 作用力与反作用力 的功也应有类似 特征 即它们的功应该是 大小相等 一正一负 其实不然 导致 这种片面认识的根本原因在于没有认真分析一对 作用力与反作 用力 作用下两物体产生的位移与作用时间的区别 实际上 由 于 作用力与反作用力 具有 同时性 它们的作用时间一定相 同 而它们作用在彼此对方物体上产生的位移却具有不确定的 关系 有可能两个物体都静止 有可能一个静止 一个运动 有可 能都运动 这种位移关系的不确定性导致了一对 作用力与反作 用力 的功的关系不确定性 具体可能出现如下几种情况 a 作用力与反作用力 都不做功 如图 2 所示 图中 A B 表示两个固定在相同小车上的同样 的条形磁铁 两车距离足够小 水平面光滑 f f 表示它们之间的 作用力与反作用力 以下同 f ss f AB NN 光 滑 固定固定 图 2 由于两小车都固定 虽然彼此间存在力的作用 但在力的作 用下没有位移产生 故作用力 f 与反作用力 f 都不做功 b 作用力与反作用力 其中一个力对物体做功 另一个不做 功在图 2 中 只要去掉其中 B 车的固定 则 f 对 B 车做正功 f 对 95 2014 04教学实践 上接第 94 页 2 解题常见的思考方法 高中物理解题思考方法很多 诸如 整体法 类比法 隔离法 等效法等等 这里不一一赘述 仅讨论几种解题中最常见的方法 逆向思考法 假设思考法 质疑思考法 1 逆向思考法 逆向思考法顾名思义就是从相反的角度考虑问题 许多物理 规律的发现就是借助这一思考方式 比如 当年法拉第根据奥斯 特发现电流能产生磁场这一现象 由逆向思维提出问题 磁场能 否产生电流呢 然后经过多年的研究 最终发现了利用磁场产生 电流的条件 总结出著名的法拉第电磁感应定律 其实现实生活 和学习中有许多问题 用正向思维解决比较困难的 都可以试试 反向思维 在解题中可达到快解 巧解之效 2 发散思考法 许多时候我们太专注于某一个思考点 反而舒服了思维 所 以在考虑问题时 我们可以跳出圈外 发散思维 从多个角度来考 虑问题 一题多解是平时训练学生发散思维的常见方法 通过多 解能对所学的知识融会贯通 还能找到最佳思路 例如 火车以速度 v1匀速行驶 司机发现前方同轨道上相距 S 处有另一火车沿同方向以速度 v2 对地 且 v1 v2 做匀速运动 司机立即以加速度 a 紧急刹车 要使两车不相撞 a 应满足什么 条件 学生结经过思考解答 总结出四种方法 相遇条件法 数 学的判别式法 变换参考系法 图像法 然后引导学生比较各 种解法 知道 是常规解法 是巧妙解法 3 质疑思考法 质疑思考法即怀疑思考法 带着疑问思考的一种方法 对问 题的看法不人云亦云 要敢于怀疑 多问几个为什么 这样才能发 现疑点 提出新解 目前高考试题出现了一种新题型 题目给出解 答 要求考生判断正误并说明理由或纠正错误 例如 甲 乙两质点同时开始在彼此平行且靠近的两水平轨 道上同向运动 甲在前 乙在后 相距 S 甲初速为零 加速度为 a 做匀加速直线运动 乙以速度 v0做匀速直线运动 关于两质点在 相遇前的运动 某学生作如下分析 设两质点相遇前 它们之间 的距离为 x 则 x 1 2 at2 s v0t 当 t v0 a 时 两质点之间的距离 x 有最小值 即两质点速度相等时 两质点之间的距离最近 你觉 得他的分析是否正确 如认为是正确的 请求出他们的最小距离 如认为是不正确的 请说明理由并作出正确分析 此题迷惑性很 大 不经过认真思考 找不出疑点 教师可以选一些学生作业的错 解 让他们自己分析 纠错 提高学生的质疑能力 方法是我们解决问题的正确途径 我们只有从学生的实际认 知规律出发 整合教学内容 有针对性地设置典型问题对学生进 行思考方法的培养 就肯定会收到理想的效果 参考文献 徐秀娟 高中物理教学高中生创造思维的培养浅析 J 课程 教育研究 2013 35 作者单位重庆市南华中学 誗编辑谢尾合 誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗誗 A 车不做功 如果只去掉 A 车的固定 结果类似 如一车固定 另一车给一初速度让其靠近 则出现其中一力不做功 另一个力 做负功的情况 c 作用力与反作用力 对物体都做正功或都做负功 在图 2 中 如果同时去掉 A B 车的固定 则 f 与 f 分别对 A B 都做正功 A B 车的动能都增加 如图 3 所示情况则 f f 分别 对 A B 车都做负功 v v S S ff A B NN 图 3 给 A B 两小车相向的相同大小的初速度 在 A B 两小车相 互靠近的过程中 f f 分别对 A B 做负功 两小车的动能都减小 d 作用力与反作用力其中一个对物体做正功 另一个对物体 做负功 如图 4 所示情况 开始时两小车用一细线系在一起 给两小 车以水平初速度 在烧断细线的瞬间 它们之间的相互作用力对 A 做负功 对 B 做正功 A SS B N N f f 图 4 烧断 由以上事例可以看出 一对 作用力与反作用力 的做功关 系并不确定 要根据具体情况具体分析 但我们并不能得出结论 说所有 作用力与反作用力 其功的情况都不确定 不要忘了看 做功是否具有确定关系 关键是看 作用力与反作用力 作用下 两物体的位移关系 请看这句话 一对相互作用的静摩擦力 其 中一个力对物体做负功 则另外一个力一定对物体做正功 有 的学生由于对一对作用力与反作用力的功的关系不确定认识较 深 立即判断这句话错误 实际上这句话是正确的 由于存在静 摩擦力的物体之间总保持相对静止 它们的位移总是相同的 而 它们之间的相互作用力又是反向的 故它们的功总是一正一负 由此看来 学好物理这门学科重在理解 不能不顾实际物理情境 硬套结论 以上我利用