中学物理知识教学疑难问题研究和探讨

中学物理知识教学疑难问题研究和探讨

（一）容易混淆的问题

1、质量、重力、重量

质量：物体的基本属性之一。初级课本中质量被定义为“物体所含物质的多少”。对于初学者来说，这个定义容易接受，但没有反映出它的实质。实质是惯性大小的量度。

重力：课本上给重力的定义是“这种由于地球的吸引而使物体受到的力，叫重力”。显然重力与质量是有区别的。（重力是万有引力的一个分力，方向竖直向下。）

重量：对于重量的概念，主要有两种见解：

一种见解是把重量和重力等同一个概念看待(九年级物理“通常把重力的大小叫做重量。”)，中学忽略矢量性问题，因而重量即重力。基于中学生知识水平，教学中不区分这两个概念。不过这样一来，解释“失重”和“超重”就比较牵强了。例如，在图所示装置中

如果让支承板和货物一起作自由落体运动。货物将处在“失重”状态。怎样理解“失重”呢？“失重”中的“重”到底是指重量还是指重力？如果指重力，问题就不好讲了。重力是地球对货物的吸引而产生的力，这是客观存在的，物体之所以能够作自由落体运动就是因为受到这个力的作用。因此重力无论如何是不会“失”去的。所以

另一种见解是把重量和重力作为两个概念看待，重量是静止物体压在水平支持面上的力或拉紧竖直悬线的力（一般情况下，即静止和匀速直线运动情况下，重力的大小和重量是相等的）。这样对“超重”和“失重”的问题就好解释了。

按照我国法定计量单位的规定，在日常生活和贸易中，重量仅作为质量的一种习惯性称呼。

重心：中学课本“地球吸引物体的每一部分。但是，对于整个物体，重力作用的表现就好像它作用在物体的一个点上，这个点叫做物体的重心。”处于地面附近重力场中的物体，若比地球小得多，物体各部分受到的重力可看作是连续分布的平行力，这些平行力作用点称为重心。

平行力的合成：

两个同向平等力合成，合力大小等于两个力大小之和；合力方向与两个力的方向相同；合力的作用点位于两个力作用点的边线间，且合力作用点到两个力作用点的距离与两个力成反比。

两个反向平行力合成，合力的大小等于两个力之差；合力的方向与较大的一个力的方向相同；合力作用点位于两个力作用点的连线延长线上较大的一个力的外侧，且合力作用点到两个力作用点的距离与两个力成反比。

由两个平行力的合成法则可知：两个平行力的合力的大小仅与两个力的大小和方向有关，而与两个力作用点的位置无关。两个平行力的合力作用点的位置仅与两个力的大小及作用点的位置有关，与两个力的方向无关。

2、“牵引力”？

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纵所周知机车、汽车之所以能运动，是受牵引力的作用。什么是牵引力？施力物体？是外力还是内力？是否独立于重力、弹力、磨擦力以外的另一种类型的力？

施力物体是汽车发动机，所以是内力，但内力有一个很重要的特性，就是它不能改变系统的运动的运动状态。例如设想将一部汽车悬吊在空中，我们可以看到汽车发动机所产生的动力（对整个汽车来说是内力）只能使汽车的后轮旋转，并不能使汽车前进。要使汽车前进，必须把汽车放在地面上，当后轮加速旋转时，地面将给后轮向前的静磨擦力，这个静磨擦力对汽车这个系统来说是外力，它才是使汽车加速前进的力。所以有的参考书上说“牵引力实质上是地面对车辆的一种向前的静磨擦

力”。根据最大静磨擦力的计算公式f

o m a x =μ

o

N,可知汽车加速前进的最大

牵引力，是由后轮（主动轮）对地面的正压力N和后轮与地面的静磨擦

系数μ

o 共同决定的。冬天汽车在冰地上前进，由于μ

o

太小，车轮打滑，

在冰地上空转，得不到足够的牵引力。在这种情况下，我们往往在后轮缠上防滑铁链，使后轮和冰面的增加，保证汽车前进所需要的静磨擦力。

中学阶段研究汽车运动的问题，常常画出如图所示的受力分析示意图其中动力F常称作牵引力，而f是阻力，这时所谓的“牵引力”只是一种等效力，即可以等效为一个水平向前的力。这个力的作用线通过汽车的质心。

关于车辆制动的过程，有的人往往错误地认为：“汽车的制动是领先制动器的闸瓦和车轮的相互作用力来使汽车停止运行的。”其实，这种力对汽车来说只是内力，它可以使车轮停止转动，但不能使整个汽车停下来。制动的作用只不过是使车轮停止旋转，车轮和地面之间由滚动磨擦变成滑动磨擦后，汽车才迅速停止下来。

3、机械运动？

中学课本中定义的机械运动：物理学里把物体位置的变化叫机械运动。

例：竖直上抛物体上升到最高点时，是运动的，还是静止的。

描述物体运动不仅需要空间，还需时间。

机械运动：物体之间或是物体内各部分之间在空间的相对位置随着时间而变化的过程，叫做机械运动。所以判断物体运动与否，应根据物体下一时刻是否还在原来的位置。

4、运动的分解

根据运动的独立性原理，我们可以将复杂运动看成是几个基本运动的合运动。同时也可将一个复杂的运动分解成几个简单的分运动。

例：在湖中有一小船，岸边有人用绳子跨过一高处的滑轮以大小不变的速度V拉船靠岸。当绳与水平方向成α角时，求船前进的速度u？

u=Vcosα？u减小。而用图形分析呢？u增大

错在哪里？这样分解，那么V

竖

=Vsinα在实际情况中存在吗？速度的分解要按实际的方向分解，运动物体在某个方向没有分运动，就不能在该方向得到分速度。

另必须清楚谁是合速度？是将合速度进行分解。合速度即是物体真实运动的速度。因此本题应将船对岸的运动速度u作为合速度。如果以V 作为合速度，船应当沿绳方向运动，即船不但有水平方向运动，而且应该竖直向上的运动，正如斜抛运动。

正确的分析应当把u分解为两个正交的分速度，一个沿绳的方向，一

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个垂直于绳的方向，绳子的端点A（代表船）参与了两个运动：一是沿绳方向的运动，使绳长AB变短，变短的快慢由分速度u

来描述；一是绳的

1

来描方位改变所引起的运动，这一运动的快慢可由垂直于绳的分速度u

2

述。

5、密度、比重

密度包括物质的密度与物体的（平均）密度两个不同的概念。物质的密度是物质的特性之一，不同的物质一般密度不同，因此测定物质的刻度常常是鉴别物质的方法之一。物体的密度是一种平均密度，同一物体，其整体的平均密度与某一部分的平均密度一般说来是不相同的。初中物理主要是讲物质的密度但有时也涉及到物体的密度问题。

以前出版的教科书或其他书籍中，常出现“比重”这个概念，它有两种含义。

定义一：某一物体的重量G跟它的体积V的比值，称为这物体的比重γ，即

γ=G/V。根据地1978年国际应用物理学协会所属符号单位和术语委员会的文件建议，我国已取消比重概念。（重量也失去了它原来的意义，而变成了质量的通俗说法。）

定义二：一种物质的密度与水的密度的比，叫这种物质的相对密度习惯上把相对密度叫物质的比重。例如比重计上的刻度数值就是相对密度的数值。

为了避免混淆，新的课本把比重计改称密度计，这样“比重”这个词就可以完全不用了。

6、单摆？

单摆：在不会伸长的轻线下端，悬挂不大的小球，线在竖直位置时小球从平衡位置略为移动后，能在竖直平面内作来回重复的运动。这种振动系统称为单摆。

为什么L不能太短，也不能太长?

单摆实验中，摆长不能太短，因为在摆长很短的情况下，摆球只要偏离平衡位置一段很小的距离，其偏角就会很大，，摆球的振动不能看作单摆振动。那是不摆长越长越好呢？我们把摆长限为几十米，实验是否更为精确呢？有的教师对这个问题的回答，仅是实验不方便。其实这样安置实验，主要不是实验不方便的问题。而是因为在摆长太长的情况下，摆绳的质量就不能忽略不计了，那么整个系统的质心就不能再看作在小球的球心上，我们在实验中测摆长就会碰到困难。所单摆的摆长既不能太短，又不能太长，在学生实验中以1—2米为宜。

7、牛顿第一定律的理解

牛顿第一定律科学地说明了力和惯性这两个概念，正确地解释了力和运动的关系，是物理学中一条基本定律。然而，不少的人对这条定律还存在一些错误的看法，归纳起来有如下几方面：

其一：牛顿第一定律本身就是唯心的，因为在自然界中不受外力作用的物体是找不到的。（牛顿第一定律不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但是，许多简单的事实都可以帮助我们理解定律的含义。第一定律的正确性主要是由它推出的结论和实验事实符合而得到证明的。）其二：牛顿第一定律是牛顿第二定律的特殊情况，若物体运动的加速度为零，第二定律就变成了第一定律，所以第一定律可有可无。（应该认为，牛顿第一定律为我们指出了物体在没有受到其他物体作用时，所处

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的运动状态，我们才可能进一步研究，当物体受到其他物体作用时，又处于怎样的运动状态。牛顿第一定律确定了力的涵义，指出物体如果受到对它的作用力时，物体的运动状态要要发生变化，至于力使物体的速度发生怎样的变化，那要进一步从大量事实中去总结，这就是牛顿第二定律研究的内容。但是如果我们不知道物体在不受力的情况下处于怎样的运动状态，要研究物体在力的作用下将作怎样的运动，显然是不可能的。所以牛顿第一定律是研究力学的出发点，是不能用牛顿第二定律代替的。）

（二）教学难点

1、电压的教学

2、电路中的电阻

1、初中

（1）压强

（2）浮力

2、高中

（1）受力分析（确定研究对象；不凭空臆造实际不存在的力；不要主观地断定力的大小）

（2）不会看图、用图分析问题和解决问题

（3）不习惯用功能关系解决问题。

（4）电路分析（考虑内阻的电路）

解决方法：分析原因，找到突破问题的关键。教无定法，贵在得法。

教学应是发现问题、思考问题、解决问题的过程。可把问题抛给学生，将发现的问题作为研究性学习的课题。

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