漫谈地面上物体受力消失后的运动状态

2017-07-12亓儒琛

科学中国人 2017年23期

关键词：支撑力外力牛顿

亓儒琛

山东省莱芜第一中学

漫谈地面上物体受力消失后的运动状态

亓儒琛

山东省莱芜第一中学

力学是物理学中比较重要的组成部分，是学习物理的重点和难点，同时也是考试考察的重点，将力学的条件进行更改后，猜想物体的运动状态一直是考试的热点内容，需要对这类题型进行分析和研究。

地面上物体；受力消失；运动状态

1.前言

牛顿的物理学中，“惯性定律”是整个前提和基础。而在义务教育的物理课程中，对于相关的内容要求也比较高。通过实验，能够对牛顿第一定律进行深刻和全面的认识。由于其基础的重要性，这使得牛顿的第一定律成为了考试的热点，年年都会有相关的题目来猜想地面上的物体受力消失后的运动状态。

2.历年高考例题分析

2.1 例题1分析

例题1：吊在天花板下的电灯当前是静止的状态，如果吊线突然断开，且所受到的外力也全部消失，电灯将会：

A竖直向下匀速运动

B竖直向下加速运动

C保持原来的静止状态

D竖直向上的匀速运动

这道题目对于大多数学生来说，其思路都是由于电灯受到的外力全部消失，而电灯处于相对静止的状态，而根据牛顿第一定律可以得出，当外力消失时，电灯应该会处于原有的静止状态，故选择C。这种思路是比较常见的，但是是否正确有待考证。可以举出相关的例子来进行分析，如太空中的卫星，如果其所受到的力突然间消失，那么它会如何运动呢？大多数的观念会认为其会保持不动。但是，实际上，卫星是绕着地球在进行运动的。如果受到的外力都消失，那么卫星也会保持原有的速度做匀速直线的运动，题目中的电灯与卫星是比较类似的。即使受到的外力全部消失掉，电灯也会按照原有的速度来进行直线运动，而例题1中的相关选项并没有合适的符合题目的要求。

对于选项C来说，主要的问题在于牛顿的第一定律也是有相关的前提的，那就是要适用于惯性，而假设物体周围的所有受力全部消失，自然中的万物其实都是在不断地运动中，静止只是一个相对性的概念，所以物体也只能够做匀速的直线运送，而不会处于静止状态。

2.2 例题2分析

例题2：某同学在观看一场足球比赛时，突然想到如果飞行在空中的足球受到的外力全部消失，那么足球的运动情况会是：

A做匀速直线的运动

B停在空中静止不动

C飞行路径不受影响

D竖直下落

对于这道题目来说，答案是非常明显的。飞行在空中的足球在外力消失之前受到外力是处于运动的状态，这是前提条件和基础，那么当外力全部消失时，根据牛顿第一定律的相关内容可以得出足球是在做匀速的直线运动的。

从中可以看出，对于牛顿第一定律的理解不能够仅仅与地面形成的静止来作为基础和一般情境，这样会造成学生在进行相关的问题分析时，如果物体的外部受力全部消失，物体的运动状态会保持静止，这显然违背了科学和现实，但是如果保持匀速直线的运动，又会与牛顿第一定律的结论产生冲突。

2.3 例题3分析

例题3：某物体在重力、支持力以及摩擦力的作用下沿着水平的面向右做匀速减速的直线运动，如果在整个运动的过程中，物体所受到的外力突然间消失，那么物体会：

A立即停止运动

B向右沿着水平方向做减速直线运动直到停止

C向右沿着水平方向做匀速直线运动

D向右上方做匀速直线运动

对于这个题目的分析和理解，最常见的分析为重力与支撑力是一对相互平衡的力。当外力全部消失时，重力会消失，而支撑力也会随着消失。物体自身也不再受重力的影响，这时物体对水平面的压力也就不存在，摩擦力就为0，物体在这个过程中所受到的力会全部消失，根据牛顿第一定律中的相关内容，可以得出物体做的是匀速的直线运动，即向右做直线运动，所以C是正确答案。但是这只是常见的思路，另一种分析认为，物体是在沿着水平的面做减速的直线运动，在这个过程中，重力和支持力是一对比较平衡的力，并且力的大小还是相等的。而支撑力和弹力都是由于水平面受力产生的形变而导致的，如果重力在这个过程中消失了，水平面对物体的支撑力在这时不会同时消失掉，而水平面由于受到压力产生的形变到恢复原状的过程中，物体还是会受到一个向上的支撑力的作用，但是这个支撑力在这个过程中逐渐的在变小，而这时支撑力对于使得物体会有一个向上的加速度，从而会得出结论：重力、支撑力以及摩擦力全部消失时，物体会向右上方做匀速直线的运动”，所以D选项中的说法是合理的。

但是这个过程中还是存在一个问题就是，选择D的说法是否就真的公平跟合理，答案显然也是否定的。对于这道题目来说，其答案的可信度不是很高，相应的效度也比较低，这种题目的类型应该被舍弃掉。但是这道题目极具意义，考察的思维也比较基础和灵活，应该将其进行一定的改写，如物体在重力、支撑力和摩擦力的作用下沿着水平面向右匀速递减运动，在这个过程中重力突然间消失了，请说出重力消失后物体的运动状态，并说明相关的理由。

这道题目如果写出“水平向右匀速直线运动”且给出的理由是根据相关的知识来说明的就可以。而如果写出“向右上方匀速直线运动”，而理由也正当合理就可以拿到更高的分数，从中可以发现，经过改写后的试题更加公平，并且能够进行分级赋分，从而保证物理基础的扎实性以及学生的思维的活跃度。