“對(duì)稱性”在高中物理力學(xué)問題中的應(yīng)用研究

張新宇

摘 ? ?要： 一直以來，在高中物理學(xué)習(xí)過程中，力學(xué)問題是物理學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)是考查學(xué)生物理學(xué)習(xí)的要點(diǎn)之一。在本次研究過程中，將主要以高中力學(xué)問題為討論基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合相關(guān)教材或?qū)嶋H案例，著重分析“對(duì)稱性”是如何處理高中物理力學(xué)問題的，以便學(xué)生較好地掌握相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)，凸顯“對(duì)稱性”解決問題的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞： 高中物理 ? ?“對(duì)稱性” ? ?力學(xué)問題 ? ?應(yīng)用

當(dāng)前，對(duì)教育的重視程度越來越高，特別是在新課程改革的大形勢(shì)下，對(duì)于高中物理的學(xué)習(xí)考察不僅注重學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，更注重學(xué)生的實(shí)際操作能力，因此，除了亟待提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績之外，還需提高學(xué)生綜合能力。在高中物理學(xué)習(xí)過程中，力學(xué)問題是其中重點(diǎn)，絕大部分高中生在學(xué)習(xí)過程中普遍感到吃力。“對(duì)稱性”作為當(dāng)前解決物理力學(xué)問題較為行之有效的方法，可以將原本復(fù)雜的物理問題簡單化，讓學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)快速解題，提高學(xué)習(xí)效率。下面結(jié)合具體物理力學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析。

一、通過“對(duì)稱性”解決拋物運(yùn)動(dòng)問題

在拋物運(yùn)動(dòng)問題的處理過程中，需要注意以下幾點(diǎn)，首先，拋物運(yùn)動(dòng)具有一定的初速度，當(dāng)物體的初速度方向?yàn)樨Q直向上時(shí)，則為豎直上拋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)物體的初速度為豎直向下時(shí)，則為豎直下拋運(yùn)動(dòng)，這是拋物運(yùn)動(dòng)中較為特殊的兩種;此外，在整個(gè)拋物運(yùn)動(dòng)過程中，只受重力的影響，包括豎直上拋運(yùn)動(dòng)、豎直下拋運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)及斜拋運(yùn)動(dòng)。由于拋物運(yùn)動(dòng)向來是物理曲線運(yùn)動(dòng)中的難重點(diǎn)，在學(xué)習(xí)過程中，教師往往通過兩種直線運(yùn)動(dòng)相結(jié)合等形式教授學(xué)生，而對(duì)于斜拋運(yùn)動(dòng)的軌跡來說，我們可以將其比做關(guān)于過運(yùn)動(dòng)最高點(diǎn)的豎直直線對(duì)稱的兩種平拋運(yùn)動(dòng)的軌跡構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)。

舉例來說：

（1）怎樣保證小球的運(yùn)動(dòng)是平拋運(yùn)動(dòng)？固定斜槽時(shí)要注意什么？

（2）描軌跡的坐標(biāo)軸是怎樣畫出來的？原點(diǎn)怎樣定？y軸怎樣畫出來？x軸怎樣畫出來？

（3）軌跡上的點(diǎn)是怎樣描出來的？平拋物體的軌跡曲線是怎樣描出來的？

解答：

（1）使斜槽末端的切線方向水平。讓它的末端伸出桌面外，調(diào)節(jié)斜槽末端，使其切線方向水平。

（2）以斜槽末端作為平拋運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)O，在白紙上標(biāo)出O位置，過O點(diǎn)用重錘線作Y軸，垂直Y軸作X軸。

（3）讓小球每次都從斜槽上適當(dāng)同一位置靜止?jié)L下，移動(dòng)筆尖在白紙上的位置，當(dāng)筆尖恰好與小球正碰時(shí)，在白紙上依次記下這些點(diǎn)的位置。

在上述物理題目當(dāng)中，涉及的都是拋物問題，在解決這類題目的時(shí)候，我們可以通過作輔助線等形式，將物體的運(yùn)動(dòng)形式看成一條完整的拋物線，然后利用“對(duì)稱性”進(jìn)行解答，問題便顯得簡單多了。所以說，在具體教學(xué)過程中，教師要努力培養(yǎng)學(xué)生轉(zhuǎn)變問題的能力，將復(fù)雜的問題簡單化，去掉問題當(dāng)中的干擾因素，培養(yǎng)學(xué)生解題能力。

二、通過“對(duì)稱性”解決物體質(zhì)量分布不對(duì)稱問題

對(duì)稱分布平衡的物體是高中物理中常見的問題之一，多種情況下，均要求求解物體的幾何中心，如果碰到類似情況，我們需要知道對(duì)于質(zhì)量分布均勻、形狀對(duì)稱分布的物體而言重心即為幾何中心，這是眾多物理問題當(dāng)中較為簡單的一種。但是，對(duì)于質(zhì)量分布均勻但幾何形狀不對(duì)稱的物體在求重心位置時(shí)，上述方法顯然不適用，然而，我們可以利用割與補(bǔ)相結(jié)合的方法轉(zhuǎn)化為對(duì)稱問題解決。

舉例來說，球體鐵球，假設(shè)鐵球的質(zhì)量均勻分布。其中，沿著鐵球的中心將這個(gè)鐵球分成質(zhì)量均勻的兩半，請(qǐng)問，分開后的兩個(gè)半個(gè)部分的重力大小應(yīng)該是怎么樣的？

對(duì)于這個(gè)問題，首先需要明確的是重力的大小其實(shí)就是確定被鋸開的兩部分的中心位置，也就是鐵球中心位置，此外，再結(jié)合對(duì)稱性進(jìn)行相關(guān)處理，可以將復(fù)雜的問題簡單化。

三、通過“對(duì)稱性”解決特殊碰撞類問題

碰撞類問題可以利用對(duì)稱性解決，當(dāng)前，高中物理中碰撞類問題通常為彈性碰撞或非彈性碰撞兩種，但是，在物理綜合評(píng)價(jià)過程中，通常是綜合考察兩種碰撞問題。值得注意的是，在彈性碰撞問題當(dāng)中，須牢記物體能量守恒及機(jī)械能守恒的規(guī)律。此外，特殊的彈性碰撞問題是彈性碰撞問題中的一種，通常情況下是一個(gè)質(zhì)量較大的物體與一個(gè)質(zhì)量較小的物體發(fā)生彈性碰撞，求解在這個(gè)碰撞過程中的入射角或反彈角度等。因此，我們可以通過“對(duì)稱性”對(duì)題干進(jìn)行靈活處理，可以利用拋物運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性，對(duì)類似于上述的碰撞問題簡單化，以節(jié)省解題時(shí)間，提高解題效率。

四、結(jié)語

“對(duì)稱性”普遍存在于我們的生活當(dāng)中，體現(xiàn)事物的對(duì)稱美和事物共存的和諧，在各類物理力學(xué)問題中，正是由于“對(duì)稱性”的存在，不同類型的問題可以通過補(bǔ)充、輔助作圖等形式，使問題符合對(duì)稱性，使原本復(fù)雜的問題簡單化，易懂化。高中物理教師需要積極發(fā)散學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生通過不同方法解題，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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[2]袁福昌.淺析高中物理力學(xué)問題中的對(duì)稱性[J].好家長，2014，29（48）：140-141.