探究弹簧瞬时问题根源 提高学生物理核心素养

于庆霞

(山东省淄博市第六中学 255300)

物理核心素养的培养，是高于三维目标的更综合的整体能力的培养.这要求我们在教学过程中，让学生更多的探究问题的根源，培养学生终身学习能力，让学生对知识产生浓厚的兴趣.因此，我们要引导学生追究弹簧的弹力瞬时不变的根本原因，并找出其共同特点，从而培养学生学习物理的主动性.下面我们以具体问题为例来分析.

例1 轻弹簧接着物体A和B，由细绳坚直悬挂于墙上，如图1所示，质量均为m.细绳和轻弹簧的质量不计，整体处于静止状态.剪断绳的瞬时，关于物体A和B的加速度aA、aB大小，正确的是( ).

图1

A.aA=aB=0

B.aA=aB=g

C.aA=2gaB=0

D.aA=gaB=0

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.

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.

图2

例2两小球a、b质量比为1∶2，a、b之间用弹簧B连接，a分别用细绳和弹簧A与墙连接，细绳保持水平，弹簧A与竖直方向的夹角为60°，如图2所示，系统处于平衡状态.已知轻弹簧A的伸长量与B的伸长量相同.以下判断正确的是( ).

A.轻弹簧A、B的劲度系数之比为3∶1

B.轻绳与轻弹簧A上的拉力大小之比为3∶2

C.剪断绳子的瞬间，小球a的加速度大小是3g

D.沿墙剪断轻弹簧A上端的瞬间，小球a的加速度大小为3g

C.D为弹簧的瞬时问题.

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.