試論在中專物理教學(xué)中如何引入向心力——物理論文

    任何物體在做曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其都會(huì)受到一個(gè)附加的力，這就是向心力[1]。向心力是指質(zhì)點(diǎn)或是物體作曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的一種指向曲率中心的力[2]。向心力是一種由作用于質(zhì)點(diǎn)或是物體上的各外作用力的合力，其不是一種獨(dú)立于各外作用力的某種力。向心力的引入關(guān)系著整個(gè)物體在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況，很多學(xué)生就是因?yàn)椴恢廊绾卧谶M(jìn)行物理運(yùn)動(dòng)分析時(shí)引入向心力而導(dǎo)致思路錯(cuò)誤，最終不能正確分析物體的受力狀況[3]。

一、中專物理教學(xué)中引入向心力的方法

    在進(jìn)行物理教學(xué)的過(guò)程當(dāng)中，我們通常都會(huì)遇到下面這種情況：質(zhì)點(diǎn)或是物體在做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)點(diǎn)或是物體的運(yùn)動(dòng)狀況通常還會(huì)受到一個(gè)額外拉力的影響，那就是向心力。而很多學(xué)生在分析此質(zhì)點(diǎn)或是物體的受力狀況時(shí)，通常會(huì)認(rèn)為向心力也是質(zhì)點(diǎn)或是物體所受到的一個(gè)客觀存在的力。在這種不能正確分析向心力性質(zhì)的前提下，很多學(xué)生會(huì)將向心力也納入質(zhì)點(diǎn)或是物體的受力情況范圍內(nèi)，最終導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤的思路，對(duì)于此物理現(xiàn)象的分析也會(huì)出現(xiàn)偏差。如何才能在中專物理教學(xué)當(dāng)中正確引入向心力成為了物理教學(xué)過(guò)程當(dāng)中的一大重要難點(diǎn)。

    通過(guò)分析我們可知，向心力是一種由作用于質(zhì)點(diǎn)或是物體上的各外作用力的合力，其不是一種獨(dú)立于各外作用力的某種力。因此我們可從主觀及客觀兩方面來(lái)將向心力引入物理教學(xué)當(dāng)中，使學(xué)生能夠正確分析此質(zhì)點(diǎn)或是物體在運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況。

1.1客觀方面

    在對(duì)直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行討論時(shí)，若沒有對(duì)物體造成合力的外力我們可根據(jù)其作用來(lái)進(jìn)行命名。比如說(shuō)利用繩子將一個(gè)小球吊住并讓其做加速上升運(yùn)動(dòng)，那么由于繩子的拉力以及重力的共同作用就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)合力，而且此合力就是讓小球做向上加速運(yùn)動(dòng)的力。然而此時(shí)，我們不能將由繩子的拉力以及重力共同作用所產(chǎn)生的這個(gè)合力稱做為“向上力”，而學(xué)生也不會(huì)認(rèn)為小球之所以能做向上加速運(yùn)動(dòng)除了受到拉力及重力的影響之外，還受到了“向上力”的影響。同樣的道理，若小球做減速上升運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們也不會(huì)將拉力及重力的共同作用而產(chǎn)生的合力稱為“向下力”。若是在對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)進(jìn)行討論時(shí)，我們則會(huì)將使物體或是質(zhì)點(diǎn)出現(xiàn)加速運(yùn)動(dòng)的各種外作用力的合力稱為“向心力”，此“向心力”在本質(zhì)上類似于直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)中的“向上力”或是“向下力”，其是由于各種作用力而產(chǎn)生的一種合力，而并不是與其他作用力有著平等地位的外作用力[4]。如下圖，用一段繩子將一個(gè)小球吊著，懸空并讓小球在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。如圖a，從圖中我們可以看到，在這種情況下，作用于小球上的外作用力只有拉力和重力，而不存在其他性質(zhì)的力。但此時(shí)是存在向心力的，此向心力就是指拉力，其是保持小球能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)的力，如圖b。接著讓小球進(jìn)行錐擺運(yùn)動(dòng)，如圖c，我們就可看到向心力的存在，其不是獨(dú)立于拉力及重力之外的某種力，而是由拉力及重力的共同作用而產(chǎn)生的一種合力。

1.2主觀方面

    主觀方面我們主要是站在物理概念的角度來(lái)進(jìn)行分析。從物理概念的角度來(lái)看，質(zhì)點(diǎn)或是物體在進(jìn)行曲線運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，推動(dòng)質(zhì)點(diǎn)或是物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的所有外作用力當(dāng)中存在一個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向相互垂直的分量。這個(gè)分力所起的作用主要是將質(zhì)點(diǎn)或是物體的速率沿著路徑的方向進(jìn)行改變，但不會(huì)讓其方向發(fā)生改變；而從另一方面來(lái)說(shuō)，這個(gè)與運(yùn)動(dòng)方向相互垂直的分力又是使質(zhì)點(diǎn)或是物體能夠進(jìn)行曲線運(yùn)動(dòng)的主要外作用力，正是由于這個(gè)分力，物體才會(huì)被推向一側(cè)而進(jìn)行路徑的改變使其最終能做曲線運(yùn)動(dòng)。若作用于質(zhì)點(diǎn)或是物體的所有外力所產(chǎn)生的合力與速度是保持垂直的，那么在此質(zhì)點(diǎn)或是物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中還存在一個(gè)垂直加速度，其會(huì)將速度的方向進(jìn)行改變，但不會(huì)讓力的大小發(fā)生變化。這個(gè)由所有作用于質(zhì)點(diǎn)或是物體所產(chǎn)生的合力就是我們所說(shuō)的向心力。所以說(shuō)，向心力其實(shí)質(zhì)就是作用于質(zhì)點(diǎn)或是物體上的所有外力所產(chǎn)生的合力們于法線上的分力，其不是獨(dú)立于各種外作用力的某種力。因此，在分析質(zhì)點(diǎn)或是物體的受力情況時(shí)，我們腦海當(dāng)中一定要有力是由于物體之間的相互作用而產(chǎn)生的這個(gè)概念，在對(duì)每一個(gè)力進(jìn)行分析時(shí)，都要分析力的出現(xiàn)是由于哪個(gè)物體對(duì)隔離體的作用而產(chǎn)生。這樣在分析質(zhì)點(diǎn)或是物體的受力情況時(shí)就不會(huì)另外納入向心力了[5]。比如說(shuō)一小球在空中做水平方向的圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)作用于小球上的只有繩子的拉力及重力，而未受到其他力的作用，向心力只是由于重力及拉力共同作用所產(chǎn)合力其處于法線上的一個(gè)分量，不是獨(dú)立存在的。

二、結(jié)語(yǔ)

    通過(guò)分析我們知道，其實(shí)向心力的概念很簡(jiǎn)單，其就猶如質(zhì)點(diǎn)或是物體在做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們通常會(huì)在腦海中形成的一個(gè)“向上力”或是“向下力”，其最大的特點(diǎn)便是向心力不是獨(dú)立于作用于質(zhì)點(diǎn)或是物體以外的某種力，而是由作用于質(zhì)點(diǎn)或是物體的外作用力而共同產(chǎn)生的合力。在質(zhì)點(diǎn)或是物體進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，學(xué)生若想分析清楚質(zhì)點(diǎn)或是物體的受力情況，就必須認(rèn)識(shí)到向心力只是一個(gè)我們?yōu)榱撕媒?、好理解一個(gè)合力的別稱這一點(diǎn)，這樣學(xué)生就能改正思路，正確分析運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)點(diǎn)或是物體的受力情況。

【參考文獻(xiàn)】

[1]羅漢軍.《向心力》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].課外閱讀：中旬.2011(10)

[2]王濱江,姜建偉.向心力定量分析演示儀[J].物理教師.2009(03)

[3]劉水蓮.增加物理學(xué)習(xí)的向心力[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器.2011(05)

[4]傅定芳.關(guān)于向心力的討論[J].技術(shù)物理教學(xué).2011(01)

[5]薛麗娟.《向心力》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討：中學(xué)教學(xué)教研專輯.2012(12)