在中學物理教學中,經(jīng)常會碰到分析電子臺秤示數(shù)變化的問題,對于高一、高二的學生來說這類問題可以說是讓人傷透了 腦筋,不知從何下手,即使對于高三的學生來講,也會在形態(tài)各異的題型變化中疲于應付,而無暇去研究其本質(zhì),從而導致學生屢做屢 錯。
在中學物理教學中,經(jīng)常會碰到分析電子臺秤示數(shù)變化的問題, 對于高一、高二的學生來說這類問題可以說是讓人傷透了腦筋, 不知從何下手,即使對于高三的學生來講,也會在形態(tài)各異的題 型變化中疲于應付,而無暇去研究其本質(zhì),從而導致學生屢做屢 錯。筆者現(xiàn)將中學階段常見的幾類臺秤示數(shù)解答問題具體分析 如下,供廣大高中學子參考:
追根溯源,其實我們在初中階段就已經(jīng)接觸過關(guān)于臺秤示 數(shù)變化問題,只是我們沒有深入去研究體會,所以印象不是很深 刻,現(xiàn)在我們就來重溫一下:
例1 : 一盛滿水(水面與溢水 口齊平)的燒杯放在臺秤上,示數(shù) 為F,當把一木塊放入水中,并把 M出的水接走,則穩(wěn)定后臺砰^^數(shù) 將 。(填“增大”,“減小”或“不變)
分析本例中使用的木塊密度小于水的密度,因此系統(tǒng)穩(wěn)定 后木塊應該漂浮在液面上,根據(jù)物體的浮沉條件,物體所受的浮 力等于其所受的重力,即,再結(jié)合阿基米得原理,浸在液體中的 物體受到的浮力大小等于被物體排開的液體的重力,可以判定 溢出的水的重力剛好等于木塊的重力,所以穩(wěn)定后臺秤的示數(shù) 不變。
本例變式:一盛滿水(水面與溢水口齊平)的燒杯放在臺秤 上,示數(shù)為F,當把一底面粗糙的鐵塊放入水中,并把溢出的水接 走,則穩(wěn)定后臺秤示數(shù)將 F.(填“<”,“>”或
和上例比較,本題就更容易出現(xiàn)錯誤,現(xiàn)列舉一錯解來分析 下物塊浸入水中以后,也會排開一部分水,由阿基米得原理,鐵 塊沉入水底后受到的浮力仍然等于排開液體受到的重力,又有 水對鐵塊的浮力大小等于鐵塊對水的作用力大小,所以臺秤的 示數(shù)不變。
正確解析本例中由于鐵快的密度大于水的密度,故鐵塊放 入穩(wěn)定后將沉入水底(即浸沒),結(jié)合物體的浮沉條件和阿基米 得原理可知鐵塊排出的液體重力小于鐵塊自身的重力,所以穩(wěn) 定后臺秤示數(shù)將變大。
以上兩例考查的知識點很顯然是物體的浮沉條件和阿基米 得原理,學生在審題的時候只要把握住這兩個考點,問題就知道 怎么分析了。很多學生之所以無從下手,表面上是沒有讀懂題 意,實質(zhì)上是不知道如何抓住考查要點或者是對這兩個考點不 熟練,所以平時解題時要多注意總結(jié),多注意挖掘題目的突破口,這樣在解題時就能游刃有余了。
進入高中以后,隨著學習深度的增加,考點也越來越多,因 此在審題時如何抓住重點就顯得尤為重要,接下來我們再看看 以下示例中臺秤的示數(shù)如何變化:
例2 :—個人站在一座臺秤上,問在人下蹲的過程中,示數(shù)如 何變?
分析:很多學生在解題時認為,人下蹲的過程就是重心向下 加速的過程,即處于失重狀態(tài),從而得出臺秤示數(shù)減小的結(jié)論, 當然這個結(jié)論是錯誤的。錯在什么地方呢?那就是對于理解人在 臺秤上下蹲的過程出現(xiàn)了問題,人下蹲的過程就是重心下移的 過程,但是并非一直是加速向下,人蹲到最低點時重心的速度一 定為零,即之前一定經(jīng)歷了一個減速的過程,結(jié)合剛開始下蹲時 的加速向下過程,全程就是先加速向下再減速向下最后穩(wěn)定,即 人先是失重后超重最終平衡,所以臺秤的示數(shù)應該是先減小后 增大最后不變且等于重力。
像這種情況雖然學生不能完整地分析出重心運動的全過 程,但至少還是能直觀地看出來重心總體上是向下運動的,在此 基礎(chǔ)上稍微細心點的同學一般還是能夠分析得出來,但如果題 目中再把這些直觀的條件給隱藏起來的話,我們又該如何來處 理呢?
例3 :如圖所示,臺秤的托盤上放一 水杯,水中一木球(木球密度小于水密 度)用細線栓在杯底處于靜止狀態(tài),當 細線突然斷裂時,臺秤的指數(shù)將()
A.增大 B.不變 C.減小 D.無法確定 解析本例中學生能從題目獲得的 直觀條件是木球在水中上浮,即向上加 速,若是由此得到系統(tǒng)的加速度向上從 而處于超重狀態(tài)的話,得到的結(jié)論就是臺秤的示數(shù)增大。其實不 然,木球加速向上是客觀事實,但是在木球向上的同時,木球在 上一時刻所占據(jù)的空間隨機被水來填充。
繼續(xù)看下面的變式:如圖所示,臺秤的托盤上放一水杯,用 細線將一鐵球(鐵球密度大于水密度)緩慢浸入水中并處于靜止 狀態(tài),水沒有溢出,問和鐵球浸入前相比,臺秤示數(shù)是 ,
現(xiàn)在使細線突然斷掉,在鐵球到達杯底之前,和細線斷裂前相比 臺秤的指數(shù)將 (以上兩處選填增大,減小,不變)
解析:問題一,鐵球浸入之前,臺秤的示數(shù)為杯子和水總重 力的大小,鐵球浸入之后,對鐵球受力分析可知,鐵球?qū)⑹艿剿?/span> 向上的浮力,由牛頓第三定律可知鐵球?qū)⒔o水一個向下的作用 力,大小等于水給鐵球的浮力,所以和鐵球浸入前相比,臺秤示 數(shù)是變大的。
問題二,鐵球在水中下落的過程,由于沒有碰到杯底,因此 鐵球排開水的體積不變,即受到的水的浮力不變,由牛頓第三定 律鐵球給水的作用力也不變,對杯子和水這個系統(tǒng)來說受到的 外力沒有發(fā)生變化,所以該過程臺秤示數(shù)應該是不變的。
當然,我們可以列舉的具體題目是很多的,這里不可能一一 展示,但是綜合以上幾例,我們可以受到一些啟發(fā),或者說可以 找到他們的共同點。就是說只要涉及到臺秤示數(shù)問題的分析,我 們首先要從題目的條件入手,明確出題者想考查我們哪一部分 的內(nèi)容,具體到哪一個考點,這個考點的解題依據(jù)是什么,同時 盡可能和我們熟悉的物理模型建立聯(lián)系。我想,有了這些作為基 礎(chǔ),對我們以后解答此類問題應該說提供了一個方向,即使不能 馬上解答出來,至少讓我們知道了應朝哪個方向去想,該怎么來 做.