在中学物理教学中,经常会碰到分析电子台秤示数变化的问题,对于高一、高二的学生来说这类问题可以说是让人伤透了 脑筋,不知从何下手,即使对于高三的学生来讲,也会在形态各异的题型变化中疲于应付,而无暇去研究其本质,从而导致学生屡做屡 错。
在中学物理教学中,经常会碰到分析电子台秤示数变化的问题, 对于高一、高二的学生来说这类问题可以说是让人伤透了脑筋, 不知从何下手,即使对于高三的学生来讲,也会在形态各异的题 型变化中疲于应付,而无暇去研究其本质,从而导致学生屡做屡 错。笔者现将中学阶段常见的几类台秤示数解答问题具体分析 如下,供广大高中学子参考:
追根溯源,其实我们在初中阶段就已经接触过关于台秤示 数变化问题,只是我们没有深入去研究体会,所以印象不是很深 刻,现在我们就来重温一下:
例1 : 一盛满水(水面与溢水 口齐平)的烧杯放在台秤上,示数 为F,当把一木块放入水中,并把 M出的水接走,则稳定后台砰^^数 将 。(填“增大”,“减小”或“不变)
分析本例中使用的木块密度小于水的密度,因此系统稳定 后木块应该漂浮在液面上,根据物体的浮沉条件,物体所受的浮 力等于其所受的重力,即,再结合阿基米得原理,浸在液体中的 物体受到的浮力大小等于被物体排开的液体的重力,可以判定 溢出的水的重力刚好等于木块的重力,所以稳定后台秤的示数 不变。
本例变式:一盛满水(水面与溢水口齐平)的烧杯放在台秤 上,示数为F,当把一底面粗糙的铁块放入水中,并把溢出的水接 走,则稳定后台秤示数将 F.(填“<”,“>”或
和上例比较,本题就更容易出现错误,现列举一错解来分析 下物块浸入水中以后,也会排开一部分水,由阿基米得原理,铁 块沉入水底后受到的浮力仍然等于排开液体受到的重力,又有 水对铁块的浮力大小等于铁块对水的作用力大小,所以台秤的 示数不变。
正确解析本例中由于铁快的密度大于水的密度,故铁块放 入稳定后将沉入水底(即浸没),结合物体的浮沉条件和阿基米 得原理可知铁块排出的液体重力小于铁块自身的重力,所以稳 定后台秤示数将变大。
以上两例考查的知识点很显然是物体的浮沉条件和阿基米 得原理,学生在审题的时候只要把握住这两个考点,问题就知道 怎么分析了。很多学生之所以无从下手,表面上是没有读懂题 意,实质上是不知道如何抓住考查要点或者是对这两个考点不 熟练,所以平时解题时要多注意总结,多注意挖掘题目的突破口,这样在解题时就能游刃有余了。
进入高中以后,随着学习深度的增加,考点也越来越多,因 此在审题时如何抓住重点就显得尤为重要,接下来我们再看看 以下示例中台秤的示数如何变化:
例2 :—个人站在一座台秤上,问在人下蹲的过程中,示数如 何变?
分析:很多学生在解题时认为,人下蹲的过程就是重心向下 加速的过程,即处于失重状态,从而得出台秤示数减小的结论, 当然这个结论是错误的。错在什么地方呢?那就是对于理解人在 台秤上下蹲的过程出现了问题,人下蹲的过程就是重心下移的 过程,但是并非一直是加速向下,人蹲到最低点时重心的速度一 定为零,即之前一定经历了一个减速的过程,结合刚开始下蹲时 的加速向下过程,全程就是先加速向下再减速向下最后稳定,即 人先是失重后超重最终平衡,所以台秤的示数应该是先减小后 增大最后不变且等于重力。
像这种情况虽然学生不能完整地分析出重心运动的全过 程,但至少还是能直观地看出来重心总体上是向下运动的,在此 基础上稍微细心点的同学一般还是能够分析得出来,但如果题 目中再把这些直观的条件给隐藏起来的话,我们又该如何来处 理呢?
例3 :如图所示,台秤的托盘上放一 水杯,水中一木球(木球密度小于水密 度)用细线栓在杯底处于静止状态,当 细线突然断裂时,台秤的指数将()
A.增大 B.不变 C.减小 D.无法确定 解析本例中学生能从题目获得的 直观条件是木球在水中上浮,即向上加 速,若是由此得到系统的加速度向上从 而处于超重状态的话,得到的结论就是台秤的示数增大。其实不 然,木球加速向上是客观事实,但是在木球向上的同时,木球在 上一时刻所占据的空间随机被水来填充。
继续看下面的变式:如图所示,台秤的托盘上放一水杯,用 细线将一铁球(铁球密度大于水密度)缓慢浸入水中并处于静止 状态,水没有溢出,问和铁球浸入前相比,台秤示数是 ,
现在使细线突然断掉,在铁球到达杯底之前,和细线断裂前相比 台秤的指数将 (以上两处选填增大,减小,不变)
解析:问题一,铁球浸入之前,台秤的示数为杯子和水总重 力的大小,铁球浸入之后,对铁球受力分析可知,铁球将受到水 向上的浮力,由牛顿第三定律可知铁球将给水一个向下的作用 力,大小等于水给铁球的浮力,所以和铁球浸入前相比,台秤示 数是变大的。
问题二,铁球在水中下落的过程,由于没有碰到杯底,因此 铁球排开水的体积不变,即受到的水的浮力不变,由牛顿第三定 律铁球给水的作用力也不变,对杯子和水这个系统来说受到的 外力没有发生变化,所以该过程台秤示数应该是不变的。
当然,我们可以列举的具体题目是很多的,这里不可能一一 展示,但是综合以上几例,我们可以受到一些启发,或者说可以 找到他们的共同点。就是说只要涉及到台秤示数问题的分析,我 们首先要从题目的条件入手,明确出题者想考查我们哪一部分 的内容,具体到哪一个考点,这个考点的解题依据是什么,同时 尽可能和我们熟悉的物理模型建立联系。我想,有了这些作为基 础,对我们以后解答此类问题应该说提供了一个方向,即使不能 马上解答出来,至少让我们知道了应朝哪个方向去想,该怎么来 做.