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对初中物理教材中的一道课后习题的思考

发表日期:2018-07-15 10:55:20   来源:本站   被阅读[]次

对初中物理教材中的一道课后习题的思考

孝感市临空经济区闵集中学  刘祥

人民教育出版社初中物理教材(2012年教育部审定,2018年1月第6次印刷)八年级下册P22页动手动脑学物理中第4小题如下:

4.在水平公路上匀速行驶的太阳能汽车受到几对平衡力的作用(图8.2-5)?为什么说它们是互相平衡的?请在图8.2-6上画出汽车受力的示意图。

同时人民教育出版社教师教学用书(2016年10月审定,21017年12月第6次印刷)八年级下册P42页对上题的解答如下:

在水平公路上匀速行驶的太阳能汽车受到两对平衡力的作用。在水平方向上,汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力;在竖直方向上,汽车所受的重力和支持力是一对平衡力。因为两对力的每一对力都是大小相等、方向相反的,作用在同一条直线上,且都作用在汽车上,因此他们互相平衡。汽车受力示意图如图8-6所示。

对于此习题,我有两点思考:

1、此习题中给出的太阳能汽车模型在运行时除了受到解答中画出的4个力外,我认为还应该受到气流对汽车向上的压力和气流对汽车向下的压力。

习题的解答中标出汽车只受4个力,即汽车的重力,地面对汽车支持力,牵引力,汽车所受阻力。但实际上给出的太阳能汽车模型是类似于飞机的机翼模型,上端曲线型,下端直线形,当太阳能汽车快速运行时,飞机与周围的空气发生相对运动,相当于气流迎面流过太阳能汽车,气流被太阳能汽车分成上、下两个部分,由于太阳能汽车横截面的形状上、下不对称,太阳能汽车上方气流的速度较大,对太阳能汽车上表面的压强较小;下方气流的速度较小,对太阳能汽车下表面的压强较大。这样,太阳能汽车上、下表面就存在着压强差,因而有压力差。所以太阳能汽车受到6个力的作用,水平方向上有:牵引力、汽车所受阻力;竖直方向上有:汽车的重力、地面对汽车的支持力、气流对汽车向上的压力、气流对汽车向下的压力。而且由于汽车上下表面存在着压强差,所以气流对汽车向上的压力和气流对汽车向下的压力在大小上并不能相等,不能被忽略。也就是说汽车竖直方向上受到的力特别是向下的力不能认为仅仅只受重力,流体的压力也必须考虑(此时流体产生的向下的压力也不小)。

正确的解答应该是:水平方向上受到2个力的作用,牵引力、阻力的作用,由于是匀速直线运动,所以此二力平衡。竖直方向上受到4个力的作用,汽车的重力、地面对汽车向上的支持力,气流对汽车向上的压力,气流对汽车向下的压力,此4个力平衡(不能仅考虑两个力),受力图如下图:

2、此习题涉及多个力平衡,并非二力平衡。

此习题放在人教版教材八年级物理下册第八章运动和力的第二节二力平衡的动手动脑学物理中,旨在让学生学习了二力平衡基础概念知识和二力平衡的条件后,训练其运用二力平衡的条件解决相关实际问题。可是此题竖直方向上是4个力平衡,对于学生的能力要求较高,并非有针对性的针对本节所学知识点。

出题者选择此题放在此处,一是觉得此题涉及两个方向的受力分析,并且两个方向受力都平衡,很好的拓展了学生的思维,同时,让学生见识新科技,使学生对物理产生浓厚的兴趣,激励他们好好学习物理,为国家的发展做贡献。然而笔者认为此习题的模型并不适合放在此章节后,因为此题中竖直方向是多个力平衡,超出学生对本章节的认知水平,同时也因为学生并没有学习流体压强和流速的关系这个知识点,分析不出除了常认为的四个力外,还受到上、下两个方向气体对太阳能汽车的压力。

当然,如果此题的汽车不是流线型的,换一个其他模型,也就不会产生歧义。笔者的解决方案是:将太阳能汽车换成匀速运动的高铁,此时高铁水平方向和竖直方向两个方向上受力平衡,而且都符合本节基础知识内容---二力平衡。

我国的高铁技术走在世界的前列,是中国的荣耀。学生对此模型熟悉,采用高铁模型不会出现上述太阳能那样的问题,同样也可以让学生体会中国在科学技术上不落后,并感到光荣,同时深深的爱上自己的祖国,会励志好好学习物理,为祖国的发展贡献自己的一份力。(责任编辑   但平安)


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