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力学教学是中学物理教学的入门和基础,因而作为动力学基础的牛顿定律,在中学物理教学中的基础地位是明确的
力学教学是中学物理教学的入门和基础,因而作为动力学基础的牛顿定律,在中学物理教学中的基础地位是明确的。牛顿运动定律在中学物理教学中的地位和作用不仅表现为知识结构中的基础要性,更突出地表现在对学生科学思维素质的培养和分析问题、解决问题的能力培养方面。 物体保持原有匀速直线运动状态或静止状态的这种性质称为惯性。牛顿第一律也称为惯性定律。质量是惯性大小的量度。质量越大的物体,运动状态越难以改变,则惯性越小。如停一部货车难于停一部出租车。我们就说货车的惯性大于出租车的惯性。 再做一个趣味的演示实验,使学生更加明确关于惯性的概念:分别让生的、熟的、空的三只鸡蛋旋转,再迅速按住,使蛋停下,又立即松手,两只不动,另一只却能继续转动分别让松手后不动的两只蛋重新旋转,再用纸片压着其停下,一只难以停下,一只易停。
可以判断:①分别让三只鸡蛋旋转,迅速按住使蛋停下,又立即松手,仍在转的为生鸡蛋。②分别让松手后不动的两只蛋重新旋转,再用纸片压其停下,难停的为熟鸡蛋,易停的可能是空蛋壳。生鸡蛋蛋壳停下时蛋清和蛋黄由于惯性要继续转。故松手后又带动蛋壳转;熟鸡蛋由于质量大,所以惯性大,难以停下;空蛋壳由于质量小,所以惯性小,易于停下。 由于牛顿第一运动定律,学生很容易就可以接受“力是物体产生加速度的原因”这一结论。这既是进一步明确力的概念,又为牛顿第二定律的学习做好准备。 我们要解决的问题是力与加速度之间确定的数量关系。而日常事例也告诉我们:当物体质量不变时,加速度的大小与外力成正比;当外力一定时,加速度的大小与物体的质量成反比。如:我们用不同的力去踢足球,力大时球运动的远一些,力小时球运动的近一些;用相同的力推铅球,大的铅球推得近一些,小的铅球则推得远一些。
这些实例使我们准确地理解了牛顿第二运动定律。在这个基础上,再通过利用牛顿第二运动演示器或气垫导轨演示,得出牛顿第二运动定律,即“物体受到外力作用时,物体所获得的加速度的大小与合外力的大小成正比,并与物体的质量成正比,加速度的方向与合外力的方向相同。”这一定律及其数学表达式F=ma。 在牛顿三个运动定律中,表面分级最简单,最容易接受牛顿第三运动定律。力是存在于两物体间的相互作用,甲物体对乙物体有作用力,乙物体也必对甲物体有作用力。它们相互以对方作为自已存在的前提,不能独立地存在。我们把其中的任意一个力叫做作用力,另一个力叫做反作用力。根据牛顿第三运动定律:“物体间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上。”但在实际应用中最容易出现问题的也是它。 如在熟悉的“鸡蛋碰石头”这个问题中,对牛顿第三运动定律理解不深刻的同学认为“鸡蛋碎了,鸡蛋受的力大”;又如在“用手打人”问题中,总认为打人者占了便宜,被打者受的作用力大;在拨河比赛时,胜利方给对方的拉力大等错误的观念。力的大小虽是从力对物体的作用效果―物体运动速度的变化或形变来估量的。但是其效果的差异程度则除了与力的大小和力的作用时间有关,还与受力物体自身的因素(内因)有关。
为能形象直观地让学生深刻地理解,掌握牛顿第三定律,教学中我们可采用课堂利用弹簧秤做演示实验,课后学生利用特制的“弹簧秤”做拔河比赛实验,验证牛顿第三运动定律,加深对定律的理解,正确地分析和解决有关的现象和问题。
还有日常生活的例子,使学生能进一步理解这一定律。如人走路时,后脚总要向后蹬地,对地面有一个作用力;同时,地面对人也有一个作用力,正是这个作用力使人向前移动。游泳时,手臂用力向后划水,水对人也有力的作用,推动人向前游去。又如当你用手掌向下打击桌面时,用力越大,你的手就感到越疼。
从牛顿三个运动定律的教学我们可以看出,经过这类趣味的实验及典型事例可以促进学生积极思维,提高学生的兴趣,激励学生对知识的渴求,培养学生的动手能力,应用所学知识分析问题和解决问题的能力。
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