中學(xué)物理知識(shí)教學(xué)疑難問題研究和探討

--PAGE4-中學(xué)物理知識(shí)教學(xué)疑難問題研究和探討（一）容易混淆的問題1、質(zhì)量、重力、重量質(zhì)量：物體的基本屬性之一。初級(jí)課本中質(zhì)量被定義為“物體所含物質(zhì)的多少”。對(duì)于初學(xué)者來說，這個(gè)定義容易接受，但沒有反映出它的實(shí)質(zhì)。實(shí)質(zhì)是慣性大小的量度。重力：課本上給重力的定義是“這種由于地球的吸引而使物體受到的力，叫重力”。顯然重力與質(zhì)量是有區(qū)別的。（重力是萬有引力的一個(gè)分力，方向豎直向下。）重量：對(duì)于重量的概念，主要有兩種見解：—種見解是把重量和重力等同一個(gè)概念看待(九年級(jí)物理“通常把重力的大小叫做重量?！?，中學(xué)忽略矢量性問題，因而重量即重力?；谥袑W(xué)生知識(shí)水平，教學(xué)中不區(qū)分這兩個(gè)概念。不過這樣一來，解釋“失重”和“超重”就比較牽強(qiáng)了。例如，在圖所示裝置中如果讓支承板和貨物一起作自由落體運(yùn)動(dòng)。貨物將處在“失重”狀態(tài)。怎樣理解“失重”呢？“失重”中的“重”到底是指重量還是指重力？如果指重力，問題就不好講了。重力是地球?qū)ω浳锏奈a(chǎn)生的力，這是客觀存在的，物體之所以能夠作自由落體運(yùn)動(dòng)就是因?yàn)槭艿竭@個(gè)力的作用。因此重力無論如何是不會(huì)“失”去的。所以另一種見解是把重量和重力作為兩個(gè)概念看待，重量是靜止物體壓在水平支持面上的力或拉緊豎直懸線的力（一般情況下，即靜止和勻速直線運(yùn)動(dòng)情況下，重力的大小和重量是相等的的問題就好解釋了。按照我國(guó)法定計(jì)量單位的規(guī)定，在日常生活和貿(mào)易中，重量?jī)H作為質(zhì)量的一種習(xí)慣性稱呼。重心：中學(xué)課本“地球吸引物體的每一部分。但是，對(duì)于整個(gè)物體，重力作用的表現(xiàn)就好像它作用在物體的一個(gè)點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)叫做物體的重心?！碧幱诘孛娓浇亓?chǎng)中的物體，若比地球小得多，物體各部分受到的重力可看作是連續(xù)分布的平行力，這些平行力作用點(diǎn)稱為重心。平行力的合成：兩個(gè)同向平等力合成，合力大小等于兩個(gè)力大小之和；合力方向與兩個(gè)力的方向相同；合力的作用點(diǎn)位于兩個(gè)力作用點(diǎn)的邊線間，且合力作用點(diǎn)到兩個(gè)力作用點(diǎn)的距離與兩個(gè)力成反比。兩個(gè)反向平行力合成，合力的大小等于兩個(gè)力之差；合力的方向與較大的一個(gè)力的方向相同；合力作用點(diǎn)位于兩個(gè)力作用點(diǎn)的連線延長(zhǎng)線上較大的一個(gè)力的外側(cè)，且合力作用點(diǎn)到兩個(gè)力作用點(diǎn)的距離與兩個(gè)力成反比。由兩個(gè)平行力的合成法則可知：兩個(gè)平行力的合力的大小僅與兩個(gè)力的大小和方向有關(guān)，而與兩個(gè)力作用點(diǎn)的位置無關(guān)。兩個(gè)平行力的合力作用點(diǎn)的位置僅與兩個(gè)力的大小及作用點(diǎn)的位置有關(guān)，與兩個(gè)力的方向無關(guān)。2、“牽引力”？縱所周知機(jī)車、汽車之所以能運(yùn)動(dòng)，是受牽引力的作用。什么是牽引力？施力物體？是外力還是內(nèi)力？是否獨(dú)立于重力、彈力、磨擦力以外的另一種類型的力？施力物體是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，所以是內(nèi)力，但內(nèi)力有一個(gè)很重要的特性，就是它不能改變系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。例如設(shè)想將一部汽車懸吊在空中，我們可以看到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的動(dòng)力（對(duì)整個(gè)汽車來說是內(nèi)力）只能使汽車的后輪旋轉(zhuǎn)，并不能使汽車前進(jìn)。要使汽車前進(jìn)，必須把汽車放在地面上，當(dāng)后輪加速旋轉(zhuǎn)時(shí)，地面將給后輪向前的靜磨擦力，這個(gè)靜磨擦力對(duì)汽車這個(gè)系統(tǒng)來說是外力，它才是使汽車加速前進(jìn)的力。所以有的參考書上說“牽引力實(shí)質(zhì)上是地面對(duì)車輛的一種向前的靜磨擦根據(jù)最大靜磨擦力的計(jì)算公式f

=μomax

N,可知汽車加速前進(jìn)的最大o牽引力，是由后輪（主動(dòng)輪）對(duì)地面的正壓力N和后輪與地面的靜磨擦系數(shù)μ

共同決定的。冬天汽車在冰地上前進(jìn)，由于μo

太小，車輪打滑，o在冰地上空轉(zhuǎn)，得不到足夠的牽引力。在這種情況下，我們往往在后輪纏上防滑鐵鏈，使后輪和冰面的增加，保證汽車前進(jìn)所需要的靜磨擦力。中學(xué)階段研究汽車運(yùn)動(dòng)的問題，常常畫出如圖所示的受力分析示意圖其中動(dòng)力F常稱作牽引力，而f是阻力，這時(shí)所謂的“牽引力”只是—種等效力，即可以等效為一個(gè)水平向前的力。這個(gè)力的作用線通過汽車的質(zhì)心。關(guān)于車輛制動(dòng)的過程，有的人往往錯(cuò)誤地認(rèn)為：“汽車的制動(dòng)是領(lǐng)先制動(dòng)器的閘瓦和車輪的相互作用力來使汽車停止運(yùn)行的對(duì)汽車來說只是內(nèi)力，它可以使車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能使整個(gè)汽車停下來。制動(dòng)的作用只不過是使車輪停止旋轉(zhuǎn)，車輪和地面之間由滾動(dòng)磨擦變成滑動(dòng)磨擦后，汽車才迅速停止下來。3、機(jī)械運(yùn)動(dòng)？中學(xué)課本中定義的機(jī)械運(yùn)動(dòng)：物理學(xué)里把物體位置的變化叫機(jī)械運(yùn)動(dòng)。例：豎直上拋物體上升到最高點(diǎn)時(shí)，是運(yùn)動(dòng)的，還是靜止的。描述物體運(yùn)動(dòng)不僅需要空間，還需時(shí)間。機(jī)械運(yùn)動(dòng)：物體之間或是物體內(nèi)各部分之間在空間的相對(duì)位置隨著時(shí)變化的過程，叫做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。所以判斷物體運(yùn)動(dòng)與否，應(yīng)根據(jù)物體下一時(shí)刻是否還在原來的位置。4、運(yùn)動(dòng)的分解根據(jù)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性原理，我們可以將復(fù)雜運(yùn)動(dòng)看成是幾個(gè)基本運(yùn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。同時(shí)也可將一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解成幾個(gè)簡(jiǎn)單的分運(yùn)動(dòng)。例：在湖中有一小船，岸邊有人用繩子跨過一高處的滑輪以大小不變的速度V拉船靠岸。當(dāng)繩與水平方向成α 角時(shí)，求船前進(jìn)的速度u？u=Vcosα？u減小。而用圖形分析呢？u增大錯(cuò)在哪里？這樣分解，那么V

=Vsinα 在實(shí)際情況中存在嗎？速度豎的分解要按實(shí)際的方向分解，運(yùn)動(dòng)物體在某個(gè)方向沒有分運(yùn)動(dòng)，就不能在該方向得到分速度。另必須清楚誰是合速度？是將合速度進(jìn)行分解。合速度即是物體真實(shí)運(yùn)動(dòng)的速度。因此本題應(yīng)將船對(duì)岸的運(yùn)動(dòng)速度u作為合速度。如果以V作為合速度，船應(yīng)當(dāng)沿繩方向運(yùn)動(dòng)，即船不但有水平方向運(yùn)動(dòng)，而且應(yīng)該豎直向上的運(yùn)動(dòng)，正如斜拋運(yùn)動(dòng)。正確的分析應(yīng)當(dāng)把u分解為兩個(gè)正交的分速度，一個(gè)沿繩的方向，一個(gè)垂直于繩的方向，繩子的端點(diǎn)代表船）參與了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：一是沿繩方向的運(yùn)動(dòng)，使繩長(zhǎng)AB變短，變短的快慢由分速度u來描述；一是繩的1方位改變所引起的運(yùn)動(dòng)，這一運(yùn)動(dòng)的快慢可由垂直于繩的分速度u來描2述。5、密度、比重密度包括物質(zhì)的密度與物體的（平均）密度兩個(gè)不同的概念。物質(zhì)的密度是物質(zhì)的特性之一，不同的物質(zhì)一般密度不同，因此測(cè)定物質(zhì)的刻度常常是鑒別物質(zhì)的方法之一。物體的密度是一種平均密度，同一物體，其整體的平均密度與某一部分的平均密度一般說來是不相同的。初中物理主要是講物質(zhì)的密度但有時(shí)也涉及到物體的密度問題。以前出版的教科書或其他書籍中，常出現(xiàn)“比重”這個(gè)概念，它有兩種含義。定義一：某一物體的重量G跟它的體積V的比值，稱為這物體的比重γ，即γ=G/V。根據(jù)地1978年國(guó)際應(yīng)用物理學(xué)協(xié)會(huì)所屬符號(hào)單位和術(shù)語委員會(huì)的文件建議，我國(guó)已取消比重概念。（重量也失去了它原來的意義，而變成了質(zhì)量的通俗說法）定義二：一種物質(zhì)的密度與水的密度的比，叫這種物質(zhì)的相對(duì)密度習(xí)慣上把相對(duì)密度叫物質(zhì)的比重。例如比重計(jì)上的刻度數(shù)值就是相對(duì)密度的數(shù)值。為了避免混淆，新的課本把比重計(jì)改稱密度計(jì)，這樣“比重”這個(gè)詞就可以完全不用了。6、單擺？單擺：在不會(huì)伸長(zhǎng)的輕線下端，懸掛不大的小球，線在豎直位置時(shí)小球從平衡位置略為移動(dòng)豎直平面內(nèi)作來回重復(fù)的運(yùn)動(dòng)。這種振動(dòng)系統(tǒng)稱為單擺。為什么L不能太短，也不能太長(zhǎng)?單擺實(shí)驗(yàn)中，擺長(zhǎng)不能太短，因?yàn)樵跀[長(zhǎng)很短的情況下，擺球只要偏離平衡位置一段很小的距離，其偏角就會(huì)很大，，擺球的振動(dòng)不能看作單擺振動(dòng)。那是不擺長(zhǎng)越長(zhǎng)越好呢？我們把擺長(zhǎng)限為幾十米，實(shí)驗(yàn)是否更為精確呢？有的教師對(duì)這個(gè)問題的回答，僅是實(shí)驗(yàn)不方便。其實(shí)這樣安置實(shí)驗(yàn)，主要不是實(shí)驗(yàn)不方便的問題。而是因?yàn)樵跀[長(zhǎng)太長(zhǎng)的情況下，擺繩的質(zhì)量就不能忽略不計(jì)了，那么整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)心就不能再看作在小球的球心上，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中測(cè)擺長(zhǎng)就會(huì)碰到困難。所單擺的擺長(zhǎng)既不能太短，又不能太長(zhǎng)，在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中以12米為宜。7、牛頓第一定律的理解牛頓第一定律科學(xué)地說明了力和慣性這兩個(gè)概念，正確地解釋了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，是物理學(xué)中一條基本定律。然而，不少的人對(duì)這條定律還存在一些錯(cuò)誤的看法，歸納起來有如下幾方面：其一：牛頓第一定律本身就是唯心的，因?yàn)樵谧匀唤缰胁皇芡饬ψ饔玫奈矬w是找不到的（牛頓第一定律不能簡(jiǎn)單地按字面意義用實(shí)驗(yàn)直接加以驗(yàn)證。但是，許多簡(jiǎn)單的事實(shí)都可以幫助我們理解定律的含義。第一定律的正確性主要是由它推出的結(jié)論和實(shí)驗(yàn)事實(shí)符合而得到證明的）其二：牛頓第一定律是牛頓第二定律的特殊情況，若物體運(yùn)動(dòng)的加速度為零，第二定律就變成了第一定律，所以第一定律可有可無（為，牛頓第一定律為我們指出了物體在沒有受到其他物體作用時(shí)，所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，我們才可能進(jìn)一步研究，當(dāng)物體受到其他物體作用時(shí)，又處于怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。牛頓第一定律確定了力的涵義，指出物體如果受到對(duì)它的作用力時(shí)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要要發(fā)生變化，至于力使物體的速度發(fā)生怎樣的變化，那要進(jìn)一步從大量事實(shí)中去總結(jié)，這就是牛頓第二定律研究的內(nèi)容。但是如果我們不知道物體在不受力的情況下處于怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，要研究物體在力的作用下將作怎樣的運(yùn)動(dòng)，顯然是不可能的。所以牛頓第一定律是研究力學(xué)的出發(fā)點(diǎn)，是不能用牛頓第二定律代替的。）（二）教學(xué)難點(diǎn)1、電壓的教學(xué)2、電