如何引導(dǎo)學(xué)生走出“慣性”概念的誤區(qū)
慣性概念的教學(xué)是物理力學(xué)教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)。學(xué)生能把慣性概念完整地背下來,但碰到實(shí)際問題時(shí)卻不能正確地運(yùn)用慣性知識(shí)解釋相關(guān)問題,容易走入對(duì)慣性概念理解的誤區(qū)。如何使學(xué)生走出慣性概念誤區(qū),我認(rèn)為在教學(xué)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
一、慣性與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)
在日常生活中,我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生用慣性知識(shí)解釋某種現(xiàn)象,如汽車行駛時(shí),突然剎車造成車內(nèi)的乘客向前傾倒,是因?yàn)槌丝途哂袘T性;若汽車勻速行駛或停止在地面上,乘客沒有向前傾倒,他們認(rèn)為就沒有慣性。這樣的解釋前半部分是正確的,但后半部分不正確,他們認(rèn)為物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)才有慣性。這是對(duì)慣性概念理解的一種誤區(qū)。
實(shí)際上,乘客始終都有慣性。汽車剎車時(shí),由于腳部與汽車地板間的摩擦力作用隨汽車一起減速,而乘客上身由于慣性保持原來速度向前運(yùn)動(dòng),因此,乘客的身體不能平衡而出現(xiàn)向前傾倒。慣性是指物體保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì),即一切物體在任何狀態(tài)都具有慣性。運(yùn)動(dòng)的汽車制動(dòng)后仍要繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)一段距離,說明物體的運(yùn)動(dòng)具有保持性,這種保持性就是物體自身的一種特性,即慣性。慣性與物體處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān),與物體運(yùn)動(dòng)速度大小無關(guān)。慣性的大小只決定于物體的質(zhì)量。
二、慣性不是一種力
初學(xué)者往往受“力”的影響較深,容易把慣性說成是一種力。例如:“踢出去的足球繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)”、“汽車關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后還要向前運(yùn)動(dòng)一段路程”等被認(rèn)為是受到一個(gè)向前的力的作用,這是對(duì)慣性概念理解的另一種誤區(qū)。
造成這些錯(cuò)誤的原因就是因?yàn)閷W(xué)生對(duì)慣性的理解不正確,把慣性看做一種力。實(shí)際上,慣性和力是兩個(gè)完全不同的概念。力是物體對(duì)物體的作用。發(fā)生力的作用時(shí)必須有兩個(gè)物體,單獨(dú)一個(gè)物體是不會(huì)發(fā)生力的作用的。力有大小、方向、作用點(diǎn)三個(gè)要素。若向?qū)W生提問:如果踢出去的足球還受到向前的推力,那么這個(gè)推力的施力物體是什么?找不到。慣性是物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì),是物體的一種固有屬性。實(shí)際上足球獲得一定速度后,具有保持原來運(yùn)動(dòng)的特性。這種保持性就是物體自身的一種特性,即慣性。因此,把慣性說成“——這個(gè)慣性的力很大——”、“——在慣性力的作用下——”都是錯(cuò)誤的,而應(yīng)說成“——物體由于慣性——”。
三、慣性和慣性定律混淆
有的學(xué)生認(rèn)為慣性就是慣性定律,這又是一種誤區(qū)。慣性是物體保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的一種性質(zhì)。慣性是物體的固有性質(zhì),一切物體都具有慣性,無論物體處于什么狀態(tài)都具有慣性。慣性定律也叫牛頓第一定律:一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止,指的是一切物體在沒有受到外力作用(或受到合外力為零)時(shí),總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的一種運(yùn)動(dòng)規(guī)律。它揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系:力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。慣性是一種性質(zhì),慣性定律是一種運(yùn)動(dòng)規(guī)律,兩者不是一回事。
四、精選、精講例題,讓學(xué)生掌握分析有關(guān)慣性問題的一般方法
一般解決這類題目的思路為:1、分析物體原來處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài);2、發(fā)生了什么特殊情況;3、物體由于具有慣性,還要保持原來的什么運(yùn)動(dòng)狀態(tài);4、產(chǎn)生了什么現(xiàn)象或?qū)е铝耸裁唇Y(jié)果?
例、在車廂光滑的水平桌面上放一個(gè) 小球,當(dāng)火車突然啟動(dòng)向右運(yùn)動(dòng)時(shí), 相對(duì)于車廂小球怎樣運(yùn)動(dòng)?相對(duì)于地面小球又怎樣運(yùn)動(dòng)?如果桌面是粗糙的,小球的運(yùn)動(dòng)情況又將如何改變?
分析:小球原來與車廂一起處于靜止?fàn)?態(tài),當(dāng)火車突然啟動(dòng)向右運(yùn)動(dòng)時(shí),小球由于具有慣性,還要保持原來的相對(duì)地面的靜止?fàn)顟B(tài),所以小球相對(duì)車廂向左運(yùn)動(dòng)。
(1)如果此時(shí)桌面是光滑的,小球在水平方向就不受力,將相對(duì)于車廂以車廂對(duì)于地面的速度大小向相反方向運(yùn)動(dòng)。因而,小球相對(duì)于車廂運(yùn)動(dòng)的距離和火車相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)的距離始終是相等的。所以,小球在一瞬間將相對(duì)于車廂是向左運(yùn)動(dòng)的,而相對(duì)于地面卻是靜止的。如圖B。
(2)如果此時(shí)桌面是粗糙的,小球雖然相對(duì)于車廂向左運(yùn)動(dòng),但由于水平方向受到了摩擦阻力,不斷改變著小球向左的運(yùn)動(dòng)速度的大小,使得小球向左的速度越來越小,最終停止運(yùn)動(dòng),相對(duì)于車廂保持靜止。所以小球在啟動(dòng)瞬間將相對(duì)于車廂向左運(yùn)動(dòng),相對(duì)于地面卻在向右運(yùn)動(dòng)。如圖C。
在慣性教學(xué)中,針對(duì)學(xué)生對(duì)慣性概念理解的誤區(qū),要結(jié)合生活實(shí)際中有關(guān)慣性的利用和危害,幫助學(xué)生加深認(rèn)識(shí),盡快走出對(duì)“慣性”概念理解的誤區(qū),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使他們產(chǎn)生一種強(qiáng)烈的求知欲。
一、慣性與物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)
在日常生活中,我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生用慣性知識(shí)解釋某種現(xiàn)象,如汽車行駛時(shí),突然剎車造成車內(nèi)的乘客向前傾倒,是因?yàn)槌丝途哂袘T性;若汽車勻速行駛或停止在地面上,乘客沒有向前傾倒,他們認(rèn)為就沒有慣性。這樣的解釋前半部分是正確的,但后半部分不正確,他們認(rèn)為物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)才有慣性。這是對(duì)慣性概念理解的一種誤區(qū)。
實(shí)際上,乘客始終都有慣性。汽車剎車時(shí),由于腳部與汽車地板間的摩擦力作用隨汽車一起減速,而乘客上身由于慣性保持原來速度向前運(yùn)動(dòng),因此,乘客的身體不能平衡而出現(xiàn)向前傾倒。慣性是指物體保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的性質(zhì),即一切物體在任何狀態(tài)都具有慣性。運(yùn)動(dòng)的汽車制動(dòng)后仍要繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)一段距離,說明物體的運(yùn)動(dòng)具有保持性,這種保持性就是物體自身的一種特性,即慣性。慣性與物體處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān),與物體運(yùn)動(dòng)速度大小無關(guān)。慣性的大小只決定于物體的質(zhì)量。
二、慣性不是一種力
初學(xué)者往往受“力”的影響較深,容易把慣性說成是一種力。例如:“踢出去的足球繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)”、“汽車關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后還要向前運(yùn)動(dòng)一段路程”等被認(rèn)為是受到一個(gè)向前的力的作用,這是對(duì)慣性概念理解的另一種誤區(qū)。
造成這些錯(cuò)誤的原因就是因?yàn)閷W(xué)生對(duì)慣性的理解不正確,把慣性看做一種力。實(shí)際上,慣性和力是兩個(gè)完全不同的概念。力是物體對(duì)物體的作用。發(fā)生力的作用時(shí)必須有兩個(gè)物體,單獨(dú)一個(gè)物體是不會(huì)發(fā)生力的作用的。力有大小、方向、作用點(diǎn)三個(gè)要素。若向?qū)W生提問:如果踢出去的足球還受到向前的推力,那么這個(gè)推力的施力物體是什么?找不到。慣性是物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的性質(zhì),是物體的一種固有屬性。實(shí)際上足球獲得一定速度后,具有保持原來運(yùn)動(dòng)的特性。這種保持性就是物體自身的一種特性,即慣性。因此,把慣性說成“——這個(gè)慣性的力很大——”、“——在慣性力的作用下——”都是錯(cuò)誤的,而應(yīng)說成“——物體由于慣性——”。
三、慣性和慣性定律混淆
有的學(xué)生認(rèn)為慣性就是慣性定律,這又是一種誤區(qū)。慣性是物體保持原來的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的一種性質(zhì)。慣性是物體的固有性質(zhì),一切物體都具有慣性,無論物體處于什么狀態(tài)都具有慣性。慣性定律也叫牛頓第一定律:一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài),直到有外力迫使它改變這種狀態(tài)為止,指的是一切物體在沒有受到外力作用(或受到合外力為零)時(shí),總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)的一種運(yùn)動(dòng)規(guī)律。它揭示了力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系:力不是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因,而是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。慣性是一種性質(zhì),慣性定律是一種運(yùn)動(dòng)規(guī)律,兩者不是一回事。
四、精選、精講例題,讓學(xué)生掌握分析有關(guān)慣性問題的一般方法
一般解決這類題目的思路為:1、分析物體原來處于何種運(yùn)動(dòng)狀態(tài);2、發(fā)生了什么特殊情況;3、物體由于具有慣性,還要保持原來的什么運(yùn)動(dòng)狀態(tài);4、產(chǎn)生了什么現(xiàn)象或?qū)е铝耸裁唇Y(jié)果?
例、在車廂光滑的水平桌面上放一個(gè) 小球,當(dāng)火車突然啟動(dòng)向右運(yùn)動(dòng)時(shí), 相對(duì)于車廂小球怎樣運(yùn)動(dòng)?相對(duì)于地面小球又怎樣運(yùn)動(dòng)?如果桌面是粗糙的,小球的運(yùn)動(dòng)情況又將如何改變?
分析:小球原來與車廂一起處于靜止?fàn)?態(tài),當(dāng)火車突然啟動(dòng)向右運(yùn)動(dòng)時(shí),小球由于具有慣性,還要保持原來的相對(duì)地面的靜止?fàn)顟B(tài),所以小球相對(duì)車廂向左運(yùn)動(dòng)。
(1)如果此時(shí)桌面是光滑的,小球在水平方向就不受力,將相對(duì)于車廂以車廂對(duì)于地面的速度大小向相反方向運(yùn)動(dòng)。因而,小球相對(duì)于車廂運(yùn)動(dòng)的距離和火車相對(duì)于地面運(yùn)動(dòng)的距離始終是相等的。所以,小球在一瞬間將相對(duì)于車廂是向左運(yùn)動(dòng)的,而相對(duì)于地面卻是靜止的。如圖B。
(2)如果此時(shí)桌面是粗糙的,小球雖然相對(duì)于車廂向左運(yùn)動(dòng),但由于水平方向受到了摩擦阻力,不斷改變著小球向左的運(yùn)動(dòng)速度的大小,使得小球向左的速度越來越小,最終停止運(yùn)動(dòng),相對(duì)于車廂保持靜止。所以小球在啟動(dòng)瞬間將相對(duì)于車廂向左運(yùn)動(dòng),相對(duì)于地面卻在向右運(yùn)動(dòng)。如圖C。
在慣性教學(xué)中,針對(duì)學(xué)生對(duì)慣性概念理解的誤區(qū),要結(jié)合生活實(shí)際中有關(guān)慣性的利用和危害,幫助學(xué)生加深認(rèn)識(shí),盡快走出對(duì)“慣性”概念理解的誤區(qū),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,使他們產(chǎn)生一種強(qiáng)烈的求知欲。
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