芻議高中物理中的動能定理

摘 要：高中物理的動能定理學(xué)習(xí)既是高中物理學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是高考中物理學(xué)科考試的必考考點(diǎn)，對于學(xué)生來說具有重大意義。本文通過動能定理的學(xué)習(xí)目標(biāo)、動能定理的知識點(diǎn)總結(jié)與應(yīng)用以及相關(guān)解題思路作為探索方面，簡要分析高中物理動能定理的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)手段。

關(guān)鍵詞：動能定理；高中物理；機(jī)械能

一、 前言

高考物理對于機(jī)械能的考查十分青睞，這在于動能原理相較于其他內(nèi)容更具有實際意義，也與人們的日常生活息息相關(guān)。其中物體的直線、曲線運(yùn)動以及恒力做功或變力做功都是動能原理的現(xiàn)實體驗，也是現(xiàn)實中常見的運(yùn)動現(xiàn)象。然而在高中物理的動能定理學(xué)習(xí)中，學(xué)生們往往存在知識點(diǎn)掌握和解題思路無法形成對接的現(xiàn)象，導(dǎo)致利用動能定理解題時屢屢出錯。

二、 高中物理動能定理的學(xué)習(xí)目標(biāo)

（一） 課程標(biāo)準(zhǔn)對高中物理學(xué)習(xí)的要求

動能定理是高中一年級物理必修的學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中對于物理必修內(nèi)容的學(xué)習(xí)要求可以看出。物理必修需要學(xué)生能夠通過物理課程的學(xué)習(xí)掌握運(yùn)動規(guī)律以及機(jī)械能能源的物理學(xué)核心內(nèi)容，并通過物理學(xué)的探究活動，了解物理學(xué)的特點(diǎn)和研究方法，同時結(jié)合生產(chǎn)生活，了解物理對社會發(fā)展的影響。此外，學(xué)生還需要能夠通過科學(xué)實踐活動嘗試運(yùn)用物理原理，解決實際問題。從中可以看出，高中物理的學(xué)習(xí)，學(xué)生除了需要具備物理理論知識，還需要擁有實踐能力和運(yùn)用物理學(xué)知識解決實際問題的能力。

（二） 動能定理的學(xué)習(xí)目標(biāo)

動能定理在高中物理學(xué)習(xí)中十分重要，學(xué)生在學(xué)習(xí)過動能定理之后，需要能夠了解到物體動能變化和恒力做功之間存在的關(guān)系，從而能夠解釋和探究生活中的動能現(xiàn)象。例如利用牛頓第二定律探究出動能原理。學(xué)生在學(xué)習(xí)中不僅要對動能原理知識做到充分的理解，還需要能夠結(jié)合實際情況分析其隱含的動能原理。

三、 高中物理動能定理重要知識點(diǎn)

（一） 定理表達(dá)式

動能定理內(nèi)容為：合外力對物體所做功等于物體動能變化。在物理學(xué)中，通常會將物體的質(zhì)量與它運(yùn)動的速度的平方乘積的一半定義為物體的動能，因此有公式Ek=1/2mv2，其中Ek為物體動能。而合外力對物體做功時物體動能的增量是所有對于物體做功的代數(shù)和的外力合成，因此可以根據(jù)物體所受到的外力求和再進(jìn)行計算。

（二） 注意事項

物體無論以何種形式進(jìn)行運(yùn)動，無論以何種方式受力，都會產(chǎn)生相應(yīng)的動能，因此動能定理使用范圍并沒有限制。在應(yīng)用和計算過程中，學(xué)生需要根據(jù)物體所受到各個方向上的力對力進(jìn)行區(qū)分，分清楚每個方向上的力的內(nèi)容，是摩擦力、彈力還是重力，從而判斷出各個方向上力的做功情況，是正功、負(fù)功還是沒有做功。避免出現(xiàn)“錯功”“丟功”現(xiàn)象，影響計算分析結(jié)果。動能是標(biāo)量，也是狀態(tài)量，國際單位中動能的基本單位為焦耳（J），因此末動能和初動能的順序不可以顛倒，一定要是末動能減去初動能。此外，物理學(xué)中一切定理的成立基于所有物體處于同一參考系之中，動能定理的應(yīng)用也需要考慮參考系的選擇，保證參考系一致。在高中物理學(xué)習(xí)中，參考系一般為地面。

四、 動能問題的解題思路和解題方法

在高中階段，高中物理的動能問題無外乎給出初狀態(tài)和末狀態(tài)動能利用動能定理求做功，或者在變力做功中通過動能定理求做功，以及通過恒定做功的已知條件運(yùn)用動能定理求位移等幾種類型。其考查的主要方面主要在于狀態(tài)動能和研究對象的受力分析，因此高中物理解題思路需要集中在這里。

（一） 求做功

以某動能習(xí)題為例，習(xí)題題干為：足球運(yùn)動中，運(yùn)動員進(jìn)行點(diǎn)球時，靜止質(zhì)量0.4 kg的足球被運(yùn)動員施加200 N的平均作用力后，足球踢出時速度達(dá)到30 m/s，足球在滾出30 m后停下，求足球運(yùn)動員對足球的做功。這道題相對簡單，是一道求合力做功的題目。已知條件中對于位移、作用力和速度條件都已經(jīng)給出，并且在高中階段不必計算空氣阻力，因此在這道題的解題中，就可以通過將已知數(shù)值導(dǎo)入到定理方程中，通過方程計算得出結(jié)果。而在另一道習(xí)題中，重達(dá)500 t的機(jī)車以恒定功率從靜止出發(fā)，5 min行駛距離為2.25 km，速度最高時速為54 km/h，求機(jī)車功率。這道題為加速度做功的題目，隨著速度的不斷增加，牽引力會逐漸減小，因此機(jī)車的運(yùn)動為變加速運(yùn)動，因此即便機(jī)車的牽引力是變力，但是機(jī)車以恒定功率啟動到達(dá)最大速度這一過程是加速度的過程，所以阻力恒定，可以利用牽引力做功求出機(jī)車的功率。

（二） 求受力狀態(tài)下位移過程

這種類型的題目是給出物體運(yùn)動的過程和方式，求物體位移。習(xí)題中質(zhì)量為0.5 kg的小球從5 m高度豎直向上拋出，其拋出時初速度為20 m/s，在向上運(yùn)動的過程中，小球受到介質(zhì)阻力為0.2mg，且阻力恒定，且小球在與地面接觸過程中設(shè)定為無機(jī)械能的損耗，求小球位移總路程。這一題目給出了小球運(yùn)動的狀態(tài)以及阻力的大小，并且明確了初、末狀態(tài)和受力方向。學(xué)生免去了受力分析，但是學(xué)生解題的難點(diǎn)在于動能增量的方程應(yīng)用，因此此類題目相對而言更加困難。因此在解題過程中，學(xué)生需要對機(jī)械能守恒和非重力以外做功的特點(diǎn)十分了解，從而計算得出機(jī)械能消耗克服介質(zhì)阻力做功，計算出小球經(jīng)過的總路程。因此這一類的題目解題思路主要集中在對機(jī)械能守恒定理的了解和對初、末狀態(tài)的判斷之上，學(xué)生只要能夠?qū)@兩個方面的知識融會貫通，就可以很好地解決這一類型的題目。

五、 結(jié)論

綜上所述，動能定理在高中物理的教學(xué)中占據(jù)相當(dāng)重大的比重，學(xué)生需要通過動能定理知識的學(xué)習(xí)，將機(jī)械能、能量守恒以及功率等方面的知識融會貫通，從而更好地進(jìn)行解題。面對問題時，學(xué)生往往缺乏精準(zhǔn)的解題思路，一方面是對已知內(nèi)容在題目當(dāng)中的作用不夠了解，另一方面則在于知識點(diǎn)缺少應(yīng)用的鍛煉，無法扎實地體現(xiàn)在解題過程中。因此高中物理的動能定理學(xué)習(xí)，需要具有針對性地進(jìn)行解題，從而促進(jìn)解題思路的形成。

參考文獻(xiàn)：

[1]張軍.淺談高中物理中的動能定理[A].《現(xiàn)代教育教學(xué)探索》組委會，2012：2.

[2]王德成.分析動能定理在實際問題中的應(yīng)用[J].學(xué)周刊，2014，（7）：181.

作者簡介：

朱乾璽，遼寧省朝陽市，遼寧省朝陽市第二高級中學(xué)。endprint