對高中物理這門課程,重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì),也即體現(xiàn)在對學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)上。高中物理教材不同于初中教材,前者在后者的基礎(chǔ)上是引導(dǎo)學(xué)生由形象思維向抽象思維發(fā)展。本人認(rèn)為,物理教師在教學(xué)過程中,一定要重視對學(xué)生建模意識的培養(yǎng)。只有這樣,才能使學(xué)生在解決物理問題時能清晰地構(gòu)建出情景條件的物理模型,迅速找到解決問題的方法,從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生靈活思變、創(chuàng)造性思維的能力。在高中物理教學(xué)中不可避免地要接觸“系統(tǒng)”的問題,構(gòu)成“系統(tǒng)”的各部分之間發(fā)生聯(lián)系的方式主要有以下幾種:一是各部分直接連接,二是通過繩子連接,三是由桿連接,四是由彈簧連接,五是通過場發(fā)生作用。要理解一個系統(tǒng)的物理特征,關(guān)鍵是搞清楚系統(tǒng)內(nèi)各部分之間不同聯(lián)系方式的特征。下面,主要討論一下繩子模型的物理特征。
　　
　　一、理想繩子的物理模型
　　
　　高中階段我們研究的繩子一般為理想繩子,所謂理想繩子是指質(zhì)量不計、不可伸長的光滑繩子。由此可見,繩子上的張力處處相等,這是繩子的力的特點;繩子上各點沿繩子方向的速度大小都相等,這是繩子的運動的特點;繩子不能積累能量,只是提供了能量轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的通道,起橋梁的作用,在繩子一端輸入的能量等于另一端輸出的能量,這是理想繩子的能的特征。用理想繩子連接而成的系統(tǒng)很多,只有在理解了理想繩子的上述特征后,才能正確處理這類問題,而且處理手段可以比其他方法更有效。
　　
　　二、理想繩子的力的特征
　　
　　由于理想繩子光滑而且不可伸長,決定了繩子上各點的張力處處相等,這個特征是解決力學(xué)問題中有關(guān)繩子問題的出發(fā)點。有些同學(xué)感覺這類問題不好解決,這是因為忽視了理想繩子的力的特征。
　　
　　例1:間距為4米的豎直墻壁之間掛一條長為5米的理想繩子,將質(zhì)量為m的物體用掛鉤掛在繩子上,如圖,若將繩子的B端沿墻壁上移,試分析一下繩子張力如何變化?
　　

　　分析與解:由于繩子張力處處相等,根據(jù)平衡條件得Tcosθ1=Tcosθ2mg=Tsinθ1+Tsinθ2
　　
　　又根據(jù)cosθ1=OC/OA=cosθ2=OD/OB=(OC+OD)/(OA+OB)=0.8得θ1=θ2=37°即B端上移過程中,掛鉤在繩子上滑動,而θ1=θ2=37°保持不變,所以繩子的張力也保持不變。
　　
　　從以上可以看出,繩子張力處處相等是解決問題的關(guān)鍵。學(xué)生明確了這個特征后,處理問題時就有針對性,容易抓住解題的切入點。
　　
　　三、理想繩子的運動的特征
　　
　　由于繩子不可伸長,故繩子上各點沿繩子方向的速度大小都相等,但在解決有關(guān)拉繩運動中物體的速度時要分兩步走:一看繩子是否擺動,二找速度大小關(guān)系,繩子是否擺動將決定著速度大小的關(guān)系。若繩子在被沿徑向拉動的同時,還在繞某點轉(zhuǎn)動,則物體的速率不等于繩子的徑向速率。只有繩子不發(fā)生轉(zhuǎn)動時,物體的速率才等于繩子的速率(此時繩子只有徑向速率)。
　　
　　例2:在下列各圖中,物體的運動速率是否等于繩子拉動的速率。
　　

　　分析與解:圖a中繩子沒有擺動,故物體的速率等于繩子拉動的速率;圖b中繩子有擺動,故物體的速率不等于繩子拉動的速率。
　　
　　那對于繩子有擺動時物體的速度又該如何求解呢?這里方法之一就是要用到運動的合成與分解。繩子有擺動時物體的速度是合速度,繩子的徑向速度和轉(zhuǎn)動速度是它的兩個分速度。這類問題只要把物體的速度沿這兩個方向分解即可。
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