中学物理力学实用教学内容研究

中学物理力学实用教学内容研究

杨 泽 民1，杨 文 婷2

(1.阿拉善职业技术学院，内蒙古 阿拉善盟750300；2.包头师范学院，内蒙古 包头014030)

摘要：长久以来，各种版本的中学物理教科书中，都没有将力的起源产生、力和运动的关系、表示计算、相互作用的特点给学生写清楚，讲明白。以下教学内容，以人教版八年级(高一)物理教科中的具体问题为选择对象；重新编写了以上提出的每一个问题。使学生自己在日常生活中的实践、实验、观察、感受、体会，在最短的时间内，高效理解掌握物理力学入门部分的教学内容。

关键词：力的起源产生；力和运动的关系；表示计算；相互作用的特点

收稿日期：*2015-02-07

作者简介：杨泽民(1955-)，内蒙古阿拉善盟人，物理学教师副高级，研究方向：物理教学教育。

中图分类号：G633.7文献标识码：A

1力的起源

力这个字，仔细观察，就可以发现，事实就是，一把刀上顶出了头。为什么？五千年以前，中国的造字大师们，用刀顶出头来表示力呢？这说明人类的祖先不知道，力到底是什么？什么是力？所以，就用当时人类最厉害的武器，“刀”顶出头来表示力。

力到底是什么？什么是力？力是怎样产生的，来源于什么？我们的祖先说不清楚。这个问题直到今天，我们的教课书上，也没有给我们后人彻底写清楚，讲明白。因为，力是在不断的探讨和研究之中。力是由物体能量释放传递获得时产生。就是物体之间的相互作用矢量。

你最多能拿起和举高多少千克的杠铃呢？

你最快的百米速度能达到多少？

汽车、火车、飞机、电动车等等，等等的物体，能拉多少东西，能跑多快。都需要你、我或物体能量的释放传递获得时产生力。在力作用才能改变物体的运动状态、方向、形状和位置。达到人类需要的目的。

2能的初探

物理学中的能，只指物体能量释放传递获得时产生力，对物体施力做功传递能量的能[1]。能够产生力，对物体做功传递能量的物体就有能。没有能量的释放传递获得，就没有力产生。能来源于自然界中各种形式的物质能和各种形式的能量之间的相互转换。功指力的作用下移动距离的乘积。能指施力物体向受力物体释放传递的能量。

我们每一个人，就是一个能量获取释放传递源。我们获得的能量来源于利用食物等生命物质中存储的化学能。也称为生物质能。有生物质能转换成我们能够产生力，释放传递的能量，对物体施力传递能量做功。如日常生活中，我们的跑、跳、走和背、提、抱、扛、推、拉、打、踢物体的活动，就是由我们能量的释放传递产生力，对物体传递能量做功的事实。改变自己和物体的运动状态、方向、形状和位置。如果人五天不吃食物和水。我们就没有能量的释放传递，就不能产生力做功和传递能量。

各种车辆和机器也是一样，如果不加油和通电，它们就会变成一堆废物。只有加油和通电后，有了能量的释放传递产生力，才能为人类做功工作。

同时，运动的物体遇到障碍物时，也会对障碍物释放能量产生力的作用。对物体传递能量做功。由此，这将充分证明运动的物体也有能量。是障碍物获得能量做功，改变运动状态、方向、形状和位置。如打击和碰撞，交通事故，等等，等等的事实，都将充分证明：力就是由物体能量释放获取传递获得时产生。能够产生力的物体就有能。力就是物体之间的相互作用矢量。

3力的实验测量

力和能的大小，人类直接用眼睛是不能测出其大小的。只能通过试验和测量力的工具，测量和计算出力和能的大小。人类最原始的测量力的工具，就是我们现在，在商店和各种市场上应用的秤。用秤和天平称得物体的质量是多少千克，你提或托、抱、扛着物体不动时，你就对该物体施加了多少千克的作用力。现在人类有发明和广泛应用了电子称和弹簧称。如果，将电子称或弹簧称，固定在被推拉的物体上，通过称来推拉物体，我们就可以测出你推拉力的大小是多少千克力。在前面的想想做做中，你能拿起和举高的杠铃和能够达到的速度，都是由你对杠铃自己能量释放时产生力作用的结果。

你用弹簧称或电子称，将称得质量为1kg的物体。如果在垂直方向上提或托着该物体不动时，你对该物体的作用力就是1kg作用力。如果，你猛提(加速提升)物体，你将会看到称上的度数将大于1kg力。这时你对物体所施的力就是大于1kg力。如果你从高处急速放下物体。称的度数将小于1kg力。你施加的力就小于1kg力。只有均匀的(匀速)提升或放下物体时，称上的度数将不发生变化。和你提着物体不动时的力是相等的。这个试验证明了一个新的问题，物体的质量是1kg ，你提或托着物体不动或匀速运动时，你对物体的施力就是1kg力。物体的重力就是1kg力。

相同的原理，如果你通过弹簧称或电子称，沿水平或不同方向去拉推物体时，称上的拉推力的度数。一定就是你拉推力的大小。如果你拉推物体匀速运动，拉推力就是阻碍物体运动的阻力(摩擦力)的大小。这将充分证明匀速直线运动和静止时，物体上的作用力和摩擦阻力是相等的特性。如果用大于摩擦力的力拉推物体时，物体将会加速运动。小于或不施力时，物体将会在摩擦力的作用下减速运动而静止，这就是力的大小和存在与运动的关系。是有施力物体能量释放传递时，施加在受力物体上的作用力。是有施力物体调节大小变化的作用力。重力和摩擦力的大小，在地球表面和同一物面上，物体的运动中一般是大小不变的力。

同时，这也充分证明了力和运动、功与能、都是人类抽象思维研究的对象。所以，物理学就是人类专门研究抽象思维的学科。力、热、电、(光)原，都不能是我们直接用眼睛看见，瞎猜和胡想，就能知道和确定各种物理量的大小和之间的关系。由此，物理学被发展成为四大力学，即理论力学、热力学、电动力学、和量子力学，它们涵盖了自然科学，从基础到尖端的理论指导和能与力，功等关系的转换。

4什么是力

你敢用你最大的力去打墙壁和踢石头吗？

力的测量中，你通过自己的提、拉、推、打、踢的作用，你体会到了什么呢？

力就是物体之间的相互作用矢量。是由施力物体能量释放传递获得时产生作用力，对受力物体施加力的作用。是受力物体获得能量，对施力物体施加方向相反的作用力。这就是力。是物体相互作用时，同时存在，同时消失的两个力。只是物体之间能量释放传递获得时，相互之间的作用矢量。它不是功，也不是能。只是传递能量的中介和做功的一个要素。

通过以上的提、放、推、拉、打、踢的活动，我们可以发现力就是矢量。是人类有目的的施力。这个施力首先要选定被施力的物体，对该物体施加多大的力，在什么方向和什么位置施力，才能达到你和人类需要的目的和作用效果。所以，力是矢量。力一个矢量包括大小、方向、作用点或面三个要素。因此，称为力的三要素。力的三要素是力一个矢量整体。只要其中一个要素发生变化，力的作用效果就要发生明显的变化。

力的试验测量活动中，我们谁都可以看到和体验到，力作用的三要素不同，会是效果完全不同。但是这个不同的作用效果，不能明显的显示在物体上，是谁也能够一目了然。清楚的知道和看到，力的真实作用和效果的存在。所以，在物理学中，就用力的矢量示意图，来明显的表示力的真实作用效果的存在。

由于力一个矢量有三个要素组成的特殊性问题。物理学中，就用一根有向线段来形象的表示力的三要素，力一个矢量整体。称为力的矢量示意图。

大小:是将相互作用面或体上的力，集合在具有代表性的一点上。用有向线段按比例尺长短表示。单位为牛顿(Newton)，简称为牛。符号为N。托或提着质量1千克的物体，约为9.8牛顿的力。

力的单位，实际上就是两个名字。和我们每一个人的名字是一样的，一个乳名。一个官名。但表示的含义就是一个人。力就是物体之间的相互作用矢量的大小，它的乳名就是千克力kg，多应用在我们的日常生活和有时应用在工程力学中。官名是牛顿N。应用在一切有力的计算和表示中。是为了纪念对全人类，在力学方面做出卓越贡献的英国物理学家牛顿的名字命名的。它们都表示物体之间相互作用矢量的大小。换算关系为；1kg力等于9.8N，在近似计算时取10N。换算关系用一个专用字母g=9.8m/s2表示。在高一物理中我们将会彻底探讨清楚。1kg=9.8N=10N

方向:用有向线段的箭头表示物体受力的方向。即在这个力的作用下，物体的运动或运动趋势，以及形变或形变趋势的方向，就是物体的受力方向。

作用点:指力作用的集合点。用线段的起点表示。

由此我们就可以画出任意物体相互作用力的矢量示意图。如图1所示。

图1

如推木箱的力F=15kg=150N.木箱受到的阻力f=15kg=150 N。用1厘米来表示，1毫米表示15N。汽车的总重力G=50000kg=500000N。用2厘米来表示，1毫米表示25000N。同学的重力G=30kg=300N。用3厘米表示，1厘米表示100N。支撑同学的力FN=30kg=300 N。等等。由此，我们可以画出任意一个我们选定物体之间的受力矢量示意图。

由上面力的矢量示意图，我们就可以发现：力的矢量示意图，将抽象的力的感性认识。力是一个矢量整体的三要素量化值矢量，用一个简单的有向线段，以不同的比例线段关系，形象的量化值表示在物体上。是我们谁都能够清楚的看到物体的受力情况。为计算物体所受合力的大小和作用效果，提供了清楚明确的计算矢量示意图。

5牛顿第三定律

在前面的试验观察体会中，你用弹簧测力计，对物体的提、拉、推、打、踢物体时，所施的作用力，是不是，就是物体对你所施的作用力呢？

用两个弹簧测力计对拉，你会看到什么结果？

力就是物体之间的相互作用矢量。相互作用的特点；总是大小相等，方向相反，作用在同一直线的两个物体上。这就是著名的牛顿第三定律(Newton third law of motion )。

数学表示：F= - F0

牛顿第三定律，是通过无数次实验事实验证得出的。而且，也经受了无数次实践检验证明。它是自然界中一切物体之间相互作用的真理。

由牛顿第三定律和力的矢量示意图，我们就可以准确无误的，用比例尺长短，在一个物体上一样的矢量示意图。画出任意一个物体所受力的矢量示意图。

同学作用在木箱上的力F,方向向右。和木箱作用在同学上的力F0，方向向左。木箱所受的摩擦力f，方向向左。和地面所受的摩擦力f0，方向向右。地面支撑木箱的力N,方向向上。和木箱压地面的力N0。方向向下。等等。

这些力就是牛顿第三定律中所表示的力。由此，我们也可以发现；牛顿第三定律的实质，就是用来确定物体之间，有没有相互作用力和画物体矢量示意图的判定定理。

但是木箱确受到了4个力的作用，分别为F、f、N、G。这4个力是作用在木箱一个物体上。要看作用效果，就必须计算出合力的大小。

6合力的矢量计算

通过对牛顿第三定律和物体受力矢量示意图的学习，我们基本上可以准确无误的画出物体的受力矢量示意图。由物体受力的矢量示意图，我们就可以用矢量作图测量法和计算法，作图测量或计算出任意一个物体所受合力的大小。计算合力时，首先要选定物体，应用牛顿第三定律仔细查找选定物体和什么物体之间有相互作用，有相互作用处就有力存在。物体自己对自己是否在施力。画出矢量示意图。将一个物体上所受的所有力，平移到其中一个力的作用点上。

用同方向的二力相加。反方向的二力相减。互成角度的二力作平行四边形，测量或计算对角线的长度，按比例关系求出合力的大小。这就是物理学中，最常用的矢量计算的平行四边形法则。

参考文献〔〕

[1]彭前程.物理(八年级上册)[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]杨泽民.中学物理教材中“功”的错误解读与分析[J].阴山学刊(自然科学版)，2015,29(2)：109-112.

The Study of Practical Teaching of Force in Middle School

YANG Ze-min1，YANG Wen-ting2

(1.A Lashan Vocational College，ALashan 750300；2.Baotou Teachers College,Baotou 014030)

Abstract:The different Physics textbook versions of Middle Schools do not fully and accurately clarify and explain the origin of force, vector diagram, interaction characteristics, force measurement, calculation of force, force and motion relation issues, thus brings the difficulties to students’ understanding and further study. This thesis aims to reintroduce the teaching content, valid experiment content and accurate calculation practice for students’ study and understanding. It will also promote the teaching efficiency and academic scores for the related part.

Key words:Origin of force, Relationship between force and motion, Calculation, Features of force interraction