“一條紅線”貫穿整個(gè)高中物理

楊軍

摘要：高中學(xué)習(xí)當(dāng)中屬物理難學(xué)，而高中物理主要的又屬動力學(xué)問題最難。然而解決這類問題存在著兩大思想：簡單叫做力與運(yùn)動思想和能量的思想。筆者將從這兩方面對高中物理知識進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：“一條紅線” 高中物理

DOI：

10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.01.152

高中學(xué)習(xí)當(dāng)中屬物理難學(xué)，而高中物理主要的又屬動力學(xué)問題最難。其實(shí)我們高中物理主要學(xué)習(xí)的內(nèi)容表現(xiàn)為力、熱、電、磁、光、原子等幾大塊，其中涉及的問題多以力與運(yùn)動為主。然而解決這類問題存在著兩大思想：簡單叫做力與運(yùn)動思想和能量的思想，前者是通過分析物體受力與運(yùn)動的對應(yīng)關(guān)系，運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律及運(yùn)動學(xué)規(guī)律，從而抽象物理模型來解決問題。

一、力與運(yùn)動的思想

牛頓運(yùn)動三定律將物體的受力與運(yùn)動科學(xué)地對應(yīng)起來，當(dāng)我們分析一個(gè)物理事件中的對象所經(jīng)歷的物理過程時(shí)，受力分析與運(yùn)動分析應(yīng)互為依據(jù)，相互印證。孤立地進(jìn)行受力分析或運(yùn)動分析，不僅常常會出現(xiàn)錯(cuò)誤，更說明對于牛頓運(yùn)動定律真正的意義沒有理解。受力與運(yùn)動分析是學(xué)習(xí)物理學(xué)的重要基礎(chǔ)，是抽象物理模型的依據(jù)。受力分析首先應(yīng)確定研究對象，依據(jù)力的基本概念以場力、接觸力（彈力、摩擦力）、外力的順序分析對象受力，而更為重要的是要運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律通過對象的運(yùn)動狀態(tài)確定物體的受力。在運(yùn)動分析中首先要確定對象的初狀態(tài)，包括初態(tài)的速度、加速度的方向或大小，進(jìn)而分析運(yùn)動過程中的速度、加速度的方向及大小變化，其中加速度的分析應(yīng)以受合外力分析為依據(jù)。

力的思想解決物理問題的一般方法：運(yùn)用動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)規(guī)律分析物理過程的方法稱為動力學(xué)觀點(diǎn)，它是物理學(xué)研究問題的基本方法。高中階段我們可以運(yùn)用這一觀點(diǎn)定性分析變加速度過程，定量描述勻加速度過程和變加速度瞬時(shí)狀態(tài)和勻速圓周運(yùn)動過程。運(yùn)用該思想分析問題時(shí)應(yīng)注意通過繪制情景圖的方法，明確時(shí)間與空間關(guān)系，正確分析物體的受力與運(yùn)動情況，從而抽象物理模型，并運(yùn)用動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)規(guī)律加以描述。如必要，還需在動態(tài)分析中尋找臨界條件。當(dāng)模型對應(yīng)的物理規(guī)律得以正確表達(dá)，隱含臨界條件得以明確，該問題一定可解。運(yùn)用動力學(xué)觀點(diǎn)分析物理問題的關(guān)鍵是：物體的加速度是由哪幾個(gè)力的合力引起的。

二、能量的思想

做功是能量轉(zhuǎn)化的量度，做功與能量分析是運(yùn)用能量思想描述物理過程的基礎(chǔ)。分析物理過程中的做功情況是這一思想的關(guān)鍵，那么就要判斷以下幾個(gè)問題：

研究對象受幾個(gè)力？所受每個(gè)力中哪些做功，哪些不做功？每個(gè)力做功所對應(yīng)的位移是什么？哪些力做正功，哪些力做負(fù)功？哪些是恒力做功，哪些是變力做功？

做功一定伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，通過功能關(guān)系明確對象從初態(tài)到末態(tài)的過程中能量轉(zhuǎn)化的來源、途徑和去向，即能量轉(zhuǎn)化的線索。常見的功能關(guān)系有：

1.重力做功，對應(yīng)重力勢能的變化;

2.彈簧彈力做功，對應(yīng)彈簧彈性勢能的變化;

3.合外力做功，對應(yīng)動能的變化;

4.除重力或系統(tǒng)內(nèi)部彈力之外的力做功，對應(yīng)系統(tǒng)機(jī)械能的變化;

5.電場力做功，對應(yīng)電勢能的變化;

6.分子力做功，對應(yīng)分子勢能的變化;

7.在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，克服安培力做功，對應(yīng)電路中的獲得的電能;

8.滑動摩擦力與相對路程的乘積，對應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)能的變化。

前期準(zhǔn)備工作做好之后，下面運(yùn)用能量解題，這個(gè)過程其實(shí)就是動能定理與能量守恒定律的應(yīng)用，首先動能定理應(yīng)用注意其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

W總=mv22-mv12

1.確定研究對象（可以是一個(gè)物體也可以是多個(gè)物體組成的系統(tǒng)）;

2.選擇研究對象初、末狀態(tài)，判斷對應(yīng)的動能;

3.對選擇對象在初、末狀態(tài)間的運(yùn)動過程進(jìn)行做功分析;

4.按動能定理列方程并求解;

5.對結(jié)果進(jìn)行必要地分析討論。

而機(jī)械能守恒定律應(yīng)用（對象為系統(tǒng)）可以說成是動能定理的特殊情況因?yàn)闄C(jī)械能守恒條件是系統(tǒng)只有重力做功或彈力做功，它才成立。

在這建議大家首選能量的思想，再考慮力與運(yùn)動的思想，因?yàn)橛行﹦恿W(xué)問題兩種思想都能解決，但是能量的思想應(yīng)用起來比較簡單，還有的問題力與運(yùn)動的思想解決不了只能用能量的思想從這些問題考慮我們以后何不首選能量思想呢。以兩道簡單問題為例。

1.某物塊質(zhì)量為m=10kg，在平行于斜面的恒定拉力F作用下沿斜面向上運(yùn)動，斜面與物體間的動摩擦因數(shù)為μ=0.1，當(dāng)物體運(yùn)動到斜面中點(diǎn)時(shí)，去掉力F，物體剛好可運(yùn)動到斜面頂端停下。設(shè)斜面傾角為θ=30°，取g=10m/g2，求拉力F？

解析：取物體為研究對象，在斜面下半段物體受四力：重力mg，拉力F，斜面的支持力N和摩擦力f=μmgcosθ。受力分析如圖1所示。在斜面上半段去掉F，其他力都不變。設(shè)斜面長為S，對物體從斜面底端運(yùn)動至頂端的過程，由動能定理有：

F·-μmgScosθ-mgS′sin30°=0

解得：F=117.3N

<E：＼123456＼學(xué)周刊·上旬刊201601＼+接排1 126-240＼圖1.tif>

圖1

這用力與運(yùn)動的知識也可求得，在這不做求解可以去試，相信就比較麻煩了。

2.如圖2所示，質(zhì)量為m=2kg的小球，從半徑R=0.5m的半圓形槽的邊緣A點(diǎn)沿內(nèi)表面開始下滑，到達(dá)最低點(diǎn)B的速度v=2m/s。求在弧AB段阻力對物體所做的功Wt。（g取10m/s2）

<E：＼123456＼學(xué)周刊·上旬刊201601＼+接排1 126-240＼圖2.tif>

圖2

解析：物體在弧AB段運(yùn)動過程中受重力、彈力和阻力作用，其中彈力和阻力是變力，但在此過程中彈力對小球不做功;重力是恒力，在這一過程中，重力的功WG=mgR。由動能定理有：

WG+Wt=mv2-0

解得：Wt=mv2-WG=mv2-mgR

=×2×22-2×10×0.5

=-6J

因此可以得出動能定理既適用于直線運(yùn)動，也適用于曲線運(yùn)動，既適用于恒力做功，也適用于變力做功。力做功時(shí)可以是連續(xù)的，也可以是不連續(xù)的，可以是在一條直線上的，也可以是不在一條直線上的。而這問題再用單純力與運(yùn)動的思想解決恐怕就無從下手了。

簡單介紹了兩種解題思想，可以說它是貫穿我們高中物理的“一條紅線”，解決物理問題尤其是動力學(xué)問題，無疑離不開這兩種思想，只要我們熟練掌握兩種思想的應(yīng)用，動力學(xué)問題就不再是大難題了！

（責(zé)編 趙建榮）