試論在中專物理教學(xué)中如何引入向心力——物理論文

    任何物體在做曲線運動時，其都會受到一個附加的力，這就是向心力[1]。向心力是指質(zhì)點或是物體作曲線運動時所產(chǎn)生的一種指向曲率中心的力[2]。向心力是一種由作用于質(zhì)點或是物體上的各外作用力的合力，其不是一種獨立于各外作用力的某種力。向心力的引入關(guān)系著整個物體在進行運動時的受力情況，很多學(xué)生就是因為不知道如何在進行物理運動分析時引入向心力而導(dǎo)致思路錯誤，最終不能正確分析物體的受力狀況[3]。

一、中專物理教學(xué)中引入向心力的方法

    在進行物理教學(xué)的過程當中，我們通常都會遇到下面這種情況：質(zhì)點或是物體在做圓周運動時，質(zhì)點或是物體的運動狀況通常還會受到一個額外拉力的影響，那就是向心力。而很多學(xué)生在分析此質(zhì)點或是物體的受力狀況時，通常會認為向心力也是質(zhì)點或是物體所受到的一個客觀存在的力。在這種不能正確分析向心力性質(zhì)的前提下，很多學(xué)生會將向心力也納入質(zhì)點或是物體的受力情況范圍內(nèi)，最終導(dǎo)致出現(xiàn)錯誤的思路，對于此物理現(xiàn)象的分析也會出現(xiàn)偏差。如何才能在中專物理教學(xué)當中正確引入向心力成為了物理教學(xué)過程當中的一大重要難點。

    通過分析我們可知，向心力是一種由作用于質(zhì)點或是物體上的各外作用力的合力，其不是一種獨立于各外作用力的某種力。因此我們可從主觀及客觀兩方面來將向心力引入物理教學(xué)當中，使學(xué)生能夠正確分析此質(zhì)點或是物體在運動時的受力情況。

1.1客觀方面

    在對直線運動進行討論時，若沒有對物體造成合力的外力我們可根據(jù)其作用來進行命名。比如說利用繩子將一個小球吊住并讓其做加速上升運動，那么由于繩子的拉力以及重力的共同作用就會產(chǎn)生一個合力，而且此合力就是讓小球做向上加速運動的力。然而此時，我們不能將由繩子的拉力以及重力共同作用所產(chǎn)生的這個合力稱做為“向上力”，而學(xué)生也不會認為小球之所以能做向上加速運動除了受到拉力及重力的影響之外，還受到了“向上力”的影響。同樣的道理，若小球做減速上升運動時，我們也不會將拉力及重力的共同作用而產(chǎn)生的合力稱為“向下力”。若是在對勻速圓周運動進行討論時，我們則會將使物體或是質(zhì)點出現(xiàn)加速運動的各種外作用力的合力稱為“向心力”，此“向心力”在本質(zhì)上類似于直線運動當中的“向上力”或是“向下力”，其是由于各種作用力而產(chǎn)生的一種合力，而并不是與其他作用力有著平等地位的外作用力[4]。如下圖，用一段繩子將一個小球吊著，懸空并讓小球在水平面上做勻速圓周運動。如圖a，從圖中我們可以看到，在這種情況下，作用于小球上的外作用力只有拉力和重力，而不存在其他性質(zhì)的力。但此時是存在向心力的，此向心力就是指拉力，其是保持小球能在豎直平面內(nèi)做圓周運動的力，如圖b。接著讓小球進行錐擺運動，如圖c，我們就可看到向心力的存在，其不是獨立于拉力及重力之外的某種力，而是由拉力及重力的共同作用而產(chǎn)生的一種合力。

1.2主觀方面

    主觀方面我們主要是站在物理概念的角度來進行分析。從物理概念的角度來看，質(zhì)點或是物體在進行曲線運動的過程當中，推動質(zhì)點或是物體進行運動的所有外作用力當中存在一個與運動方向相互垂直的分量。這個分力所起的作用主要是將質(zhì)點或是物體的速率沿著路徑的方向進行改變，但不會讓其方向發(fā)生改變；而從另一方面來說，這個與運動方向相互垂直的分力又是使質(zhì)點或是物體能夠進行曲線運動的主要外作用力，正是由于這個分力，物體才會被推向一側(cè)而進行路徑的改變使其最終能做曲線運動。若作用于質(zhì)點或是物體的所有外力所產(chǎn)生的合力與速度是保持垂直的，那么在此質(zhì)點或是物體進行運動的過程當中還存在一個垂直加速度，其會將速度的方向進行改變，但不會讓力的大小發(fā)生變化。這個由所有作用于質(zhì)點或是物體所產(chǎn)生的合力就是我們所說的向心力。所以說，向心力其實質(zhì)就是作用于質(zhì)點或是物體上的所有外力所產(chǎn)生的合力們于法線上的分力，其不是獨立于各種外作用力的某種力。因此，在分析質(zhì)點或是物體的受力情況時，我們腦海當中一定要有力是由于物體之間的相互作用而產(chǎn)生的這個概念，在對每一個力進行分析時，都要分析力的出現(xiàn)是由于哪個物體對隔離體的作用而產(chǎn)生。這樣在分析質(zhì)點或是物體的受力情況時就不會另外納入向心力了[5]。比如說一小球在空中做水平方向的圓周運動，此時作用于小球上的只有繩子的拉力及重力，而未受到其他力的作用，向心力只是由于重力及拉力共同作用所產(chǎn)合力其處于法線上的一個分量，不是獨立存在的。

二、結(jié)語

    通過分析我們知道，其實向心力的概念很簡單，其就猶如質(zhì)點或是物體在做直線運動時，我們通常會在腦海中形成的一個“向上力”或是“向下力”，其最大的特點便是向心力不是獨立于作用于質(zhì)點或是物體以外的某種力，而是由作用于質(zhì)點或是物體的外作用力而共同產(chǎn)生的合力。在質(zhì)點或是物體進行圓周運動時，學(xué)生若想分析清楚質(zhì)點或是物體的受力情況，就必須認識到向心力只是一個我們?yōu)榱撕媒?、好理解一個合力的別稱這一點，這樣學(xué)生就能改正思路，正確分析運動時的質(zhì)點或是物體的受力情況。

【參考文獻】

[1]羅漢軍.《向心力》教學(xué)設(shè)計[J].課外閱讀：中旬.2011(10)

[2]王濱江,姜建偉.向心力定量分析演示儀[J].物理教師.2009(03)

[3]劉水蓮.增加物理學(xué)習(xí)的向心力[J].實驗教學(xué)與儀器.2011(05)

[4]傅定芳.關(guān)于向心力的討論[J].技術(shù)物理教學(xué).2011(01)

[5]薛麗娟.《向心力》教學(xué)設(shè)計[J].物理教學(xué)探討：中學(xué)教學(xué)教研專輯.2012(12)