探究弹簧瞬时问题根源提高学生物理核心素养

于庆霞

摘 要：轻弹簧的瞬时问题是高中物理的一个重要的知识点，对大多数学生来说，也是难点.轻弹簧指的是质量不计的弹性体，它可以发生明显的拉伸或压缩形变，会对物体（沿弹簧方向）施以拉力或施以推力.我们在教学过程中，会直接告诉学生弹簧弹力瞬时不发生变化，绳的拉力瞬时发生变化.而学生如果简单的记结论，往往印象不深，或者不懂变通.《普通高中新课程标准（2017版）》明确，高中阶段要进一步提高学生综合素质，着力发展学生核心素养.

关键词：核心素养;培养主动性;引导思考

中图分类号：G632      文献标识码：A      文章编号：1008-0333（2020）16-0062-02

解析 此例题是比较简单的弹簧瞬时问题，剪断绳的瞬时，物体A和B没有移动，所它们中间的弹簧弹力不变.我们在讲解时，一般是直接告诉学生，细线被剪断的瞬间，弹簧的弹力不发生变化.球B受力不变，加速度为0.物体A受力为mg+kx，物体A的加速度等于2g.答案选C.

此时有的学生会有这样的疑问，为什么弹簧的弹力瞬时不变？这时，我们引导学生思考：弹簧弹力变化的根源是什么呢？.胡克定律告诉我们，F=kx，其中x为弹簧的形变量，即伸长或缩短的长度.弹簧的弹力瞬时不变只能是因为x瞬时不变，那为什么x瞬时不发生变化呢？《牛顿第二定律》F=ma具有瞬时性.这里的瞬时性指的是物体运动的加速度a与其所受的合外力F有一一对应关系，某一时刻的的合外力决定了这一时刻的加速度.某一时刻：物體合外力F≠0，物体的加速度a≠0;当合外力F改变时，物体的加速度a也立即发生对应的改变;当物体的合外力F=0时，物体的加速度a=0.由此可知，力和加速度是瞬时一一对应的关系，不需要时间的积累.在很短时间内t→0，我们可以认为a不发生变化，即物体做匀变速直线运动.由位移公式x=12at2，位移的变化必须经过时间积累.即弹簧弹力F发生变化，需要形变量x变化，而x的变化必须经过时间的积累.所以细绳被剪断的瞬间，弹簧的形变还没有发生变化，弹簧的弹力不变.

在本例中，学生自己独立探究了弹簧问题产生的根源，学生对知识的理解加深了，学生的科学思维能力又得到了锻炼和提高，学生的学习兴趣和积极性被调动了起来，学生的物理核心素养自然就提高了.

继续引导学生思考，还有哪些问题也可以用此模型.橡皮绳、弹性绳等在质量忽略不计时也有类似的特点，它们受力时所需发生的形变量大，需要的时间较长.这类模型在瞬时性问题的研究中，我们认为弹力是不变的.而像细铁丝、细线等，不发生明显的形变即可产生弹力，它们的弹力发生变化时，形变量几乎为0，变化过程历时可认为t→0.在研究物体的受力情况发生改变的瞬间，它们的形变可以突变.这些物体在质量忽略不计时我们称为刚性绳模型，如在例1中，AB之间变为细线，在剪断物体A上面的细线瞬间，AB间绳的拉力瞬时变化，AB一起以加速度g加速下落.

本例D选项中，a球斜向上的力突然消失，并不是因为弹簧的弹力瞬时发生变化，而是因为弹簧上端的拉力消失.

综上所述，弹簧的形变量x发生变化需要时间积累，所以，在瞬时问题中，弹簧的弹力不变.在例1中，弹簧的两端都有物体，两物体瞬时所受弹力不变;例2中，弹簧A只有下端有物体，虽然弹簧弹力不变，但下端物体所受弹簧拉力仍是0.

参考文献：

[1]卢长津.在探究式教学中提升学生物理核心素养[J].中学物理教学参考，2017（8）：14-15.

[2]盛建国.重视实验教学关注科技前沿指向核心素养——2017年苏州市中考物理试卷赏析与教学建议[J].中学教学参考，2017（23）：38-40.

[责任编辑：李 璟]