對(duì)“探究動(dòng)能定理”實(shí)驗(yàn)中是否需要平衡摩擦力的討論

張 婷

(重慶市育才中學(xué)校 重慶 400050)

在“探究動(dòng)能定理”的力學(xué)實(shí)驗(yàn)中,如圖1所示,當(dāng)小車的初速度為零時(shí),作W-v2圖像,想要得到一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,通常需要學(xué)生判斷“是否需要平衡摩擦力”這一條件,而通常教師在授課過(guò)程中給出的解釋是:在小車初速度為零的條件下,若想要得到一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,則繩子拉力對(duì)小車做的功等于小車動(dòng)能的增加量,即小車所受合外力需要等于繩子的拉力,所以需要平衡摩擦力.

圖1 探究動(dòng)能定理實(shí)驗(yàn)示意圖

以上論述看似邏輯嚴(yán)密,但仔細(xì)思考題目中的條件,會(huì)發(fā)現(xiàn)有一些問(wèn)題.設(shè)小車的質(zhì)量為M,細(xì)線的拉力為T(mén),小車運(yùn)動(dòng)的距離為x,如果平衡摩擦力之后,則繩子拉力對(duì)小車做的功就等于小車動(dòng)能的增加量

即

當(dāng)未平衡摩擦力時(shí),小車受到的阻力恒為f,運(yùn)用動(dòng)能定理可得等式

則

即

可得到W與v2的函數(shù)關(guān)系式為

可知在細(xì)線拉力和阻力不變時(shí),W-v2圖像也可以是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,其斜率

“探究動(dòng)能定理”是高中物理常見(jiàn)的力學(xué)實(shí)驗(yàn),命題教師也經(jīng)常把這類實(shí)驗(yàn)作為考查學(xué)生是否已經(jīng)熟練掌握動(dòng)能定理的本質(zhì).出題者在命制題目時(shí)為了保證答案的合理性,應(yīng)該適當(dāng)設(shè)置一些補(bǔ)充條件,如設(shè)置W為小車受到的所有力對(duì)小車做的總功時(shí),為了W-v2圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線,即為了符合動(dòng)能定理中總功等于物體動(dòng)能的改變量W總=ΔEk,則需要平衡摩擦力,若設(shè)置W表示為細(xì)線拉力做的功時(shí),那么想要W-v2圖像是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線則不需要平衡摩擦力.

綜上所述,教師在命題過(guò)程中第一要嚴(yán)謹(jǐn),命題時(shí)應(yīng)盡量避免學(xué)術(shù)上的爭(zhēng)議和物理概念理解上的歧義;第二要恰當(dāng)根據(jù)需要,補(bǔ)充合適的條件,給出的條件必須符合物理規(guī)律,同時(shí)也需要探究所涉實(shí)驗(yàn)背后蘊(yùn)藏的更深層次的物理過(guò)程,提升自己的命題水平;第三也要提醒學(xué)生在遇到此類問(wèn)題的時(shí)候不能照搬照抄,死記結(jié)論,而是要根據(jù)所學(xué)知識(shí)和具體物理情景,結(jié)合數(shù)學(xué)計(jì)算,推出對(duì)應(yīng)圖像的函數(shù)表達(dá)式,才能得出正確的結(jié)論.題設(shè)條件合理、情境創(chuàng)設(shè)巧妙的試題可以培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和創(chuàng)新精神,這也是目前提高學(xué)生物理核心素養(yǎng)能力的關(guān)鍵.