对高中物理新教材中一道例题的评析

山东省青岛市即墨区美术学校 赵财昌 266200

1 问题提出

人教版普通高中教科书《物理》（必修）第一册（2019 年6 月第1 版）第四章第3 节“牛顿第二定律”例题1如下.

例题1 在平直路面上，质量为1100 kg的汽车在进行研发的测试，当速度达到100 km/h时取消动力，经过70 s停了下来.汽车受到阻力是多少？重新起步加速时牵引力为2000 N，产生的加速度是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变.

本节教学重点是正确理解并应用牛顿第二定律.笔者在实际教学过程中发现，刚学完牛顿第二定律就讲解这道例题，学生学起来很吃力，特别是基础一般的学生，效果不理想，不能很好落实教学目标.究其原因，对于初学者该题综合性太强，是动力学问题，不是牛顿第二定律的直接应用.另外例题受力分析表述欠妥，易给学生造成误解.基于以上原因，笔者对例题做了较详细的评析，然后提出了教学建议.

2 例题评析

原分析：如图1，取消动力后，汽车在平直路面上只受阻力的作用.由于阻力不变，据牛顿第二定律，汽车在平直路面上运动的加速度将保持不变.由加速度可以求出汽车受到的阻力. 如图2 重新起步后，汽车在平直路面上受到牵引力和阻力.由于二者大小都不变，所以汽车的加速度恒定不变.根据牛顿第二定律可以求出汽车运动的加速度.

图1

图2

原解：略.

这是一道联系生活的例题，创设了物理情景，符合新课标的要求.利用牛顿第二定律分析和处理实际生活中的问题，可以很好地让学生体会物理的实用价值，培养学生关注生活，关注实际的态度.编者期望通过例题的教学能够让学生掌握利用牛顿第二定律解题的思路和步骤.但对于刚学习牛顿第二定律的初学者，第一道例题应该是基础性的计算题，让学生体会如何应用牛顿第二定律解题.而教材上这道例题，首先要分析汽车运动情况，根据运动学公式求出加速度，然后对汽车受力分析，根据牛顿第二定律求出阻力.显然这种设置，跨度有点大，不能很好落实应用牛顿第二定律解题的方法.这个题第一问实际上是一个动力学问题，由运动情况确定受力情况，这是第5 节“牛顿运动定律的应用”需要研究解决的问题，放在这里为时过早.

原分析中“取消动力后，汽车在平直路面上只受阻力的作用”，“重新起步后，汽车在平直路面上受到牵引力和阻力”.编者将“在平直路面上”等同于“沿平直路面方向（水平方向）”，所以只分析了汽车沿平直路面方向受到的作用力，笔者认为这种表述欠妥.汽车在平直路面上受力情况和平直路面上的汽车受力情况意思相同，与汽车沿平直路面受力情况完全不一样.比如图3，静止在水平地面上的木箱受到几个力？按照编者的观点，木箱在水平地面上不受力，这种说法显然是错误的.木箱沿水平地面方向（水平方向）不受力，在水平地面上受重力和支持力.再比如图4，静止在斜面上的木箱受到几个力？木箱在斜面上受到重力、支持力和摩擦力，沿斜面方向只受摩擦力.可见对物体在某一方向受力分析时，仅分析该方向上物体受到的作用力，而对物体在某平面上受力分析时，应该分析物体受到的所有力，而不是某一方向的力.

图3

图4

3 教学建议

3.1 受力分析

通过前面分析，汽车受力分析可以修改为“取消动力后，汽车在水平方向上只受阻力的作用”，“重新起步后，汽车在水平方向上受到牵引力和阻力”.

第三章刚学完受力分析，学生正确受力分析的习惯还未养成，而且受力分析贯穿整个高中物理，非常重要，所以建议在教学中对汽车受力分析时，应该分析汽车受到的所有作用力，为学生做好示范.因此汽车受力分析建议修改为“取消动力后，汽车受到重力、支持力和阻力的作用”，“ 重新起步后，汽车受到重力、支持力、牵引力和阻力”.

3.2 例题修改

为了达成教学目标，突破本节重点，建议教学中对例题做如下改进.

例题改进：在平直路面上，质量为1100 kg的汽车在进行研发的测试，当速度达到100 km/h 时取消动力，经过一段时间停了下来，汽车受到阻力是437 N.汽车的加速度是多少？重新起步加速时牵引力为2000 N，产生的加速度是多少？假定试车过程中汽车受到的阻力不变.

这样改进后，避免了运动过程的分析，使问题大大简化，突出本节重点，并且从水平方向一个力到两个力求合力，也是个渐进的过程.学生通过对汽车受力分析，不难求出合力，从而应用牛顿第二定律求出加速度.与本节例题2，小球受不在一条直线上的两个力，求合力和加速度，形成对比.从例题1 一条直线上求合力到例题2 不在一条直线上求合力，由浅入深，循序渐进的过程，符合学生的认知规律.通过改进例题的学习，学生才能直接体会到应用牛顿第二定律的解题思路和步骤：

确定研究对象，受力分析→求合力→根据牛顿第二定律列方程→解方程，讨论.

改进例题分析：以汽车为研究对象，设汽车运动方向为正方向，建立一维坐标系，取消动力后，汽车在平直路面上受重力、支持力和阻力的作用，如图5.竖直方向没有加速度，重力和支持力合力为零，所以水平方向的阻力等于汽车受到的合力，根据牛顿第二定律可以求出汽车运动的加速度.

图5

如图6，重新起步后，汽车在平直路面上受到重力、支持力、牵引力和阻力.竖直方向重力和支持力合力为零，所以水平方向的牵引力和阻力的合力使汽车获得加速度，根据牛顿第二定律可以求出汽车运动的加速度.

图6

4 结束语

教材是学生学习的重要依据和参考，例题的选择应该具有基础性，围绕章节的重点知识展开，面向全体学生.解析要规范严谨，做好示范，便于学生模仿学习.教材只有注重基础知识、基本方法和规范要求的引领，才能为教师教，学生学提供有价值的参考.