受力分析要注意状态

王玲红

受力分析，是学生学习高中物理的拦路虎，是力学学习乃至整个高中物理学习必须具备的技能.由于高中较初中在受力分析方面遇到的问题，无论是知识的扩展，还是运用其他知识的手段都加大了难度，所以学生进入高一后往往无处适从.在受力分析方面出现的问题和困难，使学生感觉高一物理难学.正是这些原因，受力分析在高一教学中既是重点，也是难点.在受力分析方面，学生出现的错误种类很多，尤其以电场、磁场为背景的问题中，出错率较高，其中有一典型错误就是是受力分析不注意状态.下面谈谈由学生的错解引发的思考.

一、对电荷运动状态分析不当引起的错解

在学习高中物理人教版3-1第三章第6节后，学生遇到这样一道题：如图，用丝线悬吊于位置O，质量为m的一带电塑料球（不考虑大小），匀强磁场垂直于球运动的所在竖直面，已知球在竖直面内摆动，最大摆的角度为60°，当球自左方向下摆到最低点时，丝线上的张力刚好是零，不考虑空气阻力，则球返回运动到最低点时丝线上的拉力為（）.

A.0B.2mgC.4mgD.6mg

学生的错解形成过程：从“当球自左方向下摆到最低点时，丝线上的张力刚好是零”这一条件分析可知，电荷带正电，受到的磁场力也就是洛伦兹力方向向上，满足磁场力等于重力，即有关系mg=Bqv.返回时由于运动方向发生变化，所以磁场力方向向下.由于磁场力不做功，不考虑空气阻力，又是塑料小球，进出磁场不会产生电磁感应，所以塑料小球在运动过程中满足机械能守恒，故在最低点速度的大小是不变的，从而磁场力大小不发生变化.再进行受力分析可知，悬线上的张力FT=mg+Bqv，从而得出FT=2mg，也就是选择B.

正解：学生出现错解的原因，就出在分析受力，忽视了对运动状态的判断.实际上，塑料球在运动平面内摆动做的是圆周运动，物体做圆周运动一定有指向圆心的向心力，第一次经过最低点是向上的磁场力和向下的重力的合力充当向心力，而返回时是向上的绳子拉力和向下的重力、向下的磁场力的合力充当向心力.具体求解过程是，设塑料球自左方摆到最低位置时速度为v，则由能量关系得：12mv2=mgL（1-cos60°），此时qvB-mg=mv2L.当小球自右方摆到最低点时，v大小不变，洛伦兹力方向发生变化，此时FT-mg-qvB=mv2L，得FT=4mg.答案为C.

反思：在学习人教版必修一时，一开始学生遇到的是静力学问题，都是直接用平衡条件求解的.所以，平衡的思想给学生留下的印象特别深.在学习牛顿运动定律后，学生明白处理非平衡问题要用牛顿第二定律求解.如，在解超重失重类问题时，我们关心的不是运动方向，而关心的是加速度方向.但是在遇到具体问题时，学生往往会忽视这一点.这就需要教师在教学中渗透这种思想，特别是学习圆周运动更要强化这种意识.物体围绕圆心转动时，一定有指向圆心的合力，所以物体围绕圆心转动，根本谈不上平衡.

二、教学建议

1.重视起始阶段的基本功训练.为什么学生在解决物理问题时会出现这样或那样的错误，笔者认为主要是分析上的缺失，尤其是在起始学习阶段，物理问题简单，学生往往不注重对物理问题情景进行细致分析，受力分析作图不够规范，加上高一阶段受力分析是从平衡状态开始的，因此有些学生错误地认为当速度为0时，处于平衡状态，缺失了对平衡条件系统化的认识，所以在高一阶段的受力分析阶段教学，一定要慢下来，让学生细致分析物理问题对应的状态和过程，将所有力准确地画出来.

2.注重知识和方法的正迁移.在教学中发现，有些学生在纯力学情境中能够受力分析，但是到了电场和磁场中就懵了，为什么？因为他们没有完成知识与方法的正迁移.例如，学生能够处理风洞的受力分析，但是到了电场中类似的情境，电场力类似于风力的处理就容易出错；学生在重力场中的竖直平面内圆周运动问题能够解决，但是再加一个电场（如水平电场），就会错误认为速度最大处仍然在“最低点”.这是知识和方法负迁移的表现.在受力分析后将重力与电场力合成，其合力相当于只有重力场时的重力，继而找到“等效最低点”和“等效最高点”，状态分析才能准确，方法和知识才能顺利地被迁移过来，解题才不会出现错误.