高中物理 基于核心素养下的物理教学中“运动与力的关系”的研究及应用.docx

基于核心素养下的物理教学中“运动与力的关系”的研究及应用

摘要受力分析基本上贯穿了整个高中的物理教学，而正确地对物体进行受力分析是高中物理对学生能力的基础要求，但是大部分高中生在高一必修一学习受力分析相关知识点时，往往并不能形成正确的解题思路。针对此问题，本篇文章从定性判断以及定量计算两个角度系统地讲解如何突破这一问题，并对这类题型进行详细讨论解答。

关键词牛顿运动定律；运动状态；加速度

在探究物体运动的起因时，古希腊人亚里士多德曾提出，力是维持物体运动的原因。后来意大利物理学家伽利略通过理想斜面实验推翻了亚里士多德的观点，并提出：如果运动中的物体没有受到除原来的力更多外力的作用，它将继续以同一速度沿同一直线运动，既不停下来也不偏离原来的方向。这也就是我们熟悉的牛顿第一定律的前身，后来经过一系列物理学家的实验探究，延伸，讨论和整理，最终在牛顿的代表作《自然哲学的数学原理》一文中将其表述为牛顿运动第一定律：每个物体继续保持其静止或沿一直线作匀速运动的状态，除非有力加于其上迫使它改变运动状态。牛顿第一定律又被称为惯性定律，由此我们得到了物理运动学的基础理论：力是改变物体运动状态（运动方向和运动快慢）的原因。而牛顿第二定律则是辅助人们可以通过定量计算来确定物体的实际运动情况。

通过这两个定律，我们这篇文章的主题就呼之欲出：1、通过物体的受力情况，我们就可以确定出物体的运动状态。2、通过物体的运动状态，就可以确定物体的受力情况。简单来说，就是物体的受力情况和运动状态两者之间是可以互相推导的。这个结论从我们初高中的物理教材内容可以略窥一二：初中物理教材人教版八年级下册第八章——运动和力，高中物理教材人教版（2019）必修一第四章——运动和力的关系，这两个章节名称基本一样，不同处在于高中教材在初中的基础上进行了内容上的扩展以及难度的提升。

1基础知识与方法

1.1运动状态分类

本文并非单纯的按照匀速、静止、加速、减速等运动情况分类，而是从受力情况的角度出发去分类，即两类运动状态：第1类——平衡态，包括匀速直线和静止两种情况；第2类——非平衡态，包括各种变速运动。

1.2力的分类

第1类：场力——重力、静电力、洛伦兹力/安培力，外力——图中直接给出的力，例如拉力、推力等；第2类：接触力，即一个接触面最多提供两个力——弹力和摩擦力；第3类：轻杆、轻绳、轻弹簧的力。

1.3涉及方法

牛顿第三定律、整体法：适用于求解系统外力、隔离法：适用于求解系统内力。

2实例分析及应用

2.1平衡态实例

例1图1中小球连接在轻杆上，均处于静止，请分析图中三个轻杆对小球的作用力。

分析对于图1中的第1种情况，基本上所有同学都会分析，但是对于第2种和第3种情况，就会有部分同学认为杆给球的力是沿着杆的，或者说不知道如何去分析。实际上通过力和运动的关系，我们就可以对这种题型做出正确解答。

解题思路先确定运动状态，才可以判断受力情况，再从已知确定的力出发，从而来判断未知或者未确定的力。首先图一中，所有小球静止，即处于平衡态，那么一定受力平衡，已知重力向下，那么杆给球的力一定和重力大小相等方向相反，所以正确答案即：杆给球的力大小等于重力，方向和重力方向相反。受力分析示意图如图2所示：

例2图3中，各斜面静止，物体均匀速下滑，请判断：第1种情况中，A所受其他四个小球的合力大小和方向；第2、3种情况中，A受到的摩擦力大小和方向。

解题思路按照例1的解题思路，先确定物体A运动状态，接着确定已知力，再根据平衡态可以确定未知力，最终画出物体完整的受力示意图。

第1种情况中，物体匀速下滑，即处于平衡态，已知确定的力是A的重力，从而可知其他四个小球对A的合力和A的重力是一对平衡力，即大小等于重力，方向和重力相反；

第2种情况中，物体匀速下滑，即处于平衡态，已知确定的力是A的重力B对A的支持力，所以一定存在沿着接触面向上的摩擦力，大小即重力沿斜面向下的分力大小；

第3种情况中，物体匀速下滑，即处于平衡态，竖直方向已知确定的力是A的重力，那么一定存在B对A竖直向上的支持力，大小等于A重力，方向和重力相反。此时A已经处于平衡态；如果水平方向存在摩擦力，则没有其他力和摩擦力相互抵消，无法保持水平方向受力平衡，所以AB之间一定不存在摩擦力。

三种情况受力示意图如图4所示：

训练1（重庆2022年高三一诊）如题2图所示，在攒尖式屋顶的垂脊上，有只壁虎从A点缓慢爬向B点。关于垂脊给壁虎的作用力，下列说法正确的是（）

A、方向垂直垂脊，大小不断增大

B、方向垂直垂脊，大小一直不变

C、方向竖直向上，大小不断增大

D、方向竖直向上，大小一直不变

正确答案D

分析先确定壁虎的运动状态：缓慢运动即平衡态；接着从已知确定的力出发，即重力，再判断未知的力，可以得出