高中物理力學(xué)模型及解題策略

裴承仁

【內(nèi)容摘要】物理是一門(mén)較難學(xué)習(xí)的課程，而物理力學(xué)的教學(xué)則是物理教學(xué)中非常難的教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)力學(xué)的過(guò)程中會(huì)感覺(jué)到高中物理力學(xué)的題目較難，會(huì)產(chǎn)生思路不清等多種解題問(wèn)題，針對(duì)這些情況教師應(yīng)當(dāng)善于利用物理力學(xué)模型對(duì)學(xué)生進(jìn)行力學(xué)教學(xué)工作，本文將針對(duì)多種物理力學(xué)模式及解題策略做出分析。

【關(guān)鍵詞】物理力學(xué)力學(xué)模型構(gòu)建解題策略

本文將針對(duì)物理中力學(xué)進(jìn)行總結(jié)，之后對(duì)物理力學(xué)模型的構(gòu)建與解題思路做出分析，提高教師教學(xué)的質(zhì)量。

一、物理力學(xué)

高中物理力學(xué)有許多分支，下面將針對(duì)高中物理題目中常出現(xiàn)的力學(xué)類(lèi)型進(jìn)行分析，高中階段學(xué)習(xí)“力”最基礎(chǔ)最重要的課成為力的本質(zhì)，力的本質(zhì)是指“力是物體對(duì)物體的作用”，學(xué)生通過(guò)力的本質(zhì)便可以了解道理的基本構(gòu)成，在生活中常見(jiàn)到的力例如摩擦力、彈力、受力都是學(xué)生在生活中經(jīng)常遇到的物理力學(xué)現(xiàn)象，力在產(chǎn)生過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的合力，并且根據(jù)受力的不同，力還能受到分力的影響，這種力的合成與分力現(xiàn)象被稱(chēng)之為“力的合成與分解”，在了解了力的構(gòu)成之后，學(xué)生便可以利用所學(xué)力學(xué)的知識(shí)對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，物體的運(yùn)動(dòng)也是由于力的作用所形成的，所以物體的運(yùn)動(dòng)又被稱(chēng)作是機(jī)械運(yùn)動(dòng)，在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生多種分支概念，例如最簡(jiǎn)單的直線勻速運(yùn)動(dòng)，而變速直線運(yùn)動(dòng)、瞬時(shí)速度都是機(jī)械運(yùn)動(dòng)中較為難以理解的概念，學(xué)生在學(xué)習(xí)解題過(guò)程中容易出現(xiàn)錯(cuò)誤[1]。同時(shí)由于生活中所有物體均受到重力的影響，便衍生出了經(jīng)典力學(xué)既牛頓三大定律，牛頓的三大定律主要是講述了物體受到重力影響會(huì)產(chǎn)生一定的慣性，還會(huì)受到重力的影響從而改變了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，然而中立是一種看不見(jiàn)摸不著得力所以重力的研究也成了一種抽象的思維方法，運(yùn)用牛頓第一定律能夠解決自然界中的力學(xué)現(xiàn)象，是物理學(xué)習(xí)中最重要的課程，簡(jiǎn)而言之牛頓三大定律中，第一定律是對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的分析，第二定律則是加速度的問(wèn)題，第三定律是說(shuō)明了物體間的相互作用問(wèn)題，了解到這三大力學(xué)定律之后學(xué)生便可以有的放矢地進(jìn)行物理力學(xué)題目的解答。在初步了解牛頓定律之后，牛頓的定律就成為而一種規(guī)律，人們可以利用牛頓定律解決生活中的一些實(shí)際問(wèn)題，所以產(chǎn)生了機(jī)械能的概念，機(jī)械能可以將一種能量轉(zhuǎn)化成另一種能量，在這個(gè)過(guò)程中能量總體保持不變，被稱(chēng)為能量守恒定律，能量守恒定律又能夠分為功和功率，動(dòng)能和動(dòng)能定理等多種問(wèn)題，這些物理問(wèn)題總體構(gòu)成了高中物理體系中關(guān)于力的所有知識(shí)概念，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中需要有一條明確的學(xué)習(xí)線路，讓學(xué)生對(duì)力的組成研究與發(fā)展形成一定的概念，進(jìn)而提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)水平。

二、物理模型構(gòu)建

通過(guò)前文高中物理力學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容的分析可以得知，力學(xué)的學(xué)習(xí)內(nèi)容較多，且計(jì)算公式多變，一些學(xué)生在解題過(guò)程中難免會(huì)遇到各種難題，這就要求教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)改善自身教學(xué)方式，利用物理力學(xué)模型，為學(xué)生提供一定的解題思路，下面將針對(duì)高中物理力學(xué)魔性的構(gòu)建做出探究。

1.物理模型構(gòu)建概念

物理模型構(gòu)建其實(shí)是一種尋找例題，為學(xué)生尋找解題思路的一種方式。物理力學(xué)模型分為很多種，根據(jù)前文的研究可以得知，物理力學(xué)又分為牛頓三大定律、能量守恒定律等多種力學(xué)分項(xiàng)，一些學(xué)生在物理解題過(guò)程中并非沒(méi)有熟練地掌握運(yùn)算方式，而是缺乏一定的物理學(xué)思路，產(chǎn)生不知道該用何種解題方式解決物理學(xué)問(wèn)題的情況，教師利用物理模型為學(xué)生進(jìn)行教學(xué)的目的就是為了提高學(xué)生的物理解題思路，使學(xué)生在面對(duì)任何問(wèn)題時(shí)都能夠游刃有余，下面將針對(duì)一些物理學(xué)中的力學(xué)模型進(jìn)行分析。

2.力與運(yùn)動(dòng)的模型建立

力與運(yùn)動(dòng)是一種較為基礎(chǔ)的物理力學(xué)題目，例如小車(chē)在小斜坡上滑動(dòng)過(guò)程中小車(chē)的受力情況分析。類(lèi)似于這類(lèi)型題目其物理模型已經(jīng)被基本確定下來(lái)，通過(guò)前文的分析得知牛頓第二定律便是研究物體受力改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的定律，所以對(duì)此類(lèi)要求分析受力物體改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的題目，教師要要求學(xué)生采用牛頓第二定律的解題思路去解決題目，分析出物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)收到什么樣的力影響，在產(chǎn)生力的過(guò)程中物體會(huì)進(jìn)行怎樣的運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物體還會(huì)受到什么樣的力，通過(guò)多重問(wèn)題的分析，最終讓學(xué)生掌握牛頓第二定律的基本概念，并熟練掌握解題方式。若題目中的物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么便可以得知物體受到的合力為0，即物體沒(méi)有產(chǎn)生加速度，若物體的平衡狀態(tài)被打破，學(xué)生則可以得知物體產(chǎn)生的加速度，便可以利用加速度的公式去求得物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力，對(duì)題目做出準(zhǔn)確的判斷與分析。

3.基本力模型構(gòu)建

物理中常見(jiàn)的力主要有三種，第一種為重力，第二種為彈力，第三種為摩擦力這三種是物理力學(xué)題目中最常見(jiàn)的三種類(lèi)型。對(duì)于重力而言，學(xué)生應(yīng)當(dāng)了解到所有物體都會(huì)受到重力的影響，重力是垂直向下的一種力，學(xué)生在解題過(guò)程中首先要對(duì)物體所受到的重力作出受力分析，通過(guò)重力分析可以得知，重力做功與路徑?jīng)]有關(guān)聯(lián)，并且重力做功能夠改變物體的重力勢(shì)能。對(duì)于彈力而言，彈力產(chǎn)生的條件較為復(fù)雜，彈力的產(chǎn)生需要物體與物體的接觸，從而導(dǎo)致物體發(fā)生彈性形變，在簡(jiǎn)歷彈力模型的過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)為學(xué)生找到彈力產(chǎn)生的基礎(chǔ)，確定物體與物體接觸發(fā)生彈力的點(diǎn)，分析點(diǎn)與面、面與面之間的受力關(guān)系，所以在為學(xué)生建立彈力模型的過(guò)程中教師應(yīng)當(dāng)針對(duì)彈力接觸面積進(jìn)行細(xì)致講解[2]。摩擦力是這三類(lèi)受力分析中最常見(jiàn)的物理力學(xué)題目，在教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)當(dāng)從摩擦力產(chǎn)生的原因出發(fā)為學(xué)生建立物理學(xué)模型，摩擦力物理學(xué)模型在建立與教學(xué)的過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)對(duì)摩擦力產(chǎn)生的所有接觸面進(jìn)行講述，讓學(xué)生明確摩擦力產(chǎn)生的原因。

4.物理學(xué)模型建立方式

物理學(xué)模型的建立是為學(xué)生找尋一定的解題思路而產(chǎn)生的，所以教師在為學(xué)生建立物理學(xué)模型的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)首先為學(xué)生理順一些解題思路，培養(yǎng)學(xué)生順?biāo)季S逐步解題的方式，在此基礎(chǔ)上還要為學(xué)生分析逆向思維解題思路，培養(yǎng)學(xué)生的解題能力，之后運(yùn)用合適的物理學(xué)定理解決高中物理力學(xué)難題，提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)成績(jī)。

三、解題策略

在高中物理力學(xué)模型構(gòu)建思路明晰之后，下面將針對(duì)具體的解題方式進(jìn)行探究，提高學(xué)生對(duì)于物理力學(xué)的解題質(zhì)量。

1.動(dòng)能重力勢(shì)能分析

動(dòng)能與重力勢(shì)能解題過(guò)程中，學(xué)生應(yīng)當(dāng)靈活掌握能量守恒定律與牛頓第二定律的應(yīng)用規(guī)律，結(jié)合前文中的分析，下面給出兩道與動(dòng)能與重力勢(shì)能相關(guān)的物理力學(xué)題目。在一個(gè)質(zhì)量為10kg的物體從80m高處自由落下，空氣阻力不計(jì)，求在下列狀態(tài)時(shí)它的動(dòng)能、重力勢(shì)能以及動(dòng)能與重力勢(shì)能的和。

（1）開(kāi)始下落時(shí);（2）下落2s末時(shí);（3）到達(dá)地面時(shí)。此題便對(duì)應(yīng)了前文中力與運(yùn)動(dòng)的模型構(gòu)建思路，學(xué)生遇到這類(lèi)型題目時(shí)腦海中應(yīng)當(dāng)首先浮現(xiàn)出牛頓第二定律的內(nèi)容，物體在剛開(kāi)始下落的過(guò)程中，其速度為0也可以理解為物體的動(dòng)能在下落剛開(kāi)始的過(guò)程中為0勢(shì)能為Ep=mgh=8000J，在下落2s時(shí)物體的速度v=10×2=20m/s多以動(dòng)能Ek=1/2mv2=2000J由機(jī)械能守恒可知此時(shí)勢(shì)能Ep=8000-2000=6000J當(dāng)物體到達(dá)地面時(shí)其勢(shì)能Ep=0動(dòng)能Ek=8000J由于機(jī)械能守恒，任意時(shí)刻兩者之和均為8000J。通過(guò)這道題的分析可以完全地體現(xiàn)出能量守恒定律，并且靈活地運(yùn)用了牛頓第二定律的解題思路。第二道題目為重物P放在一個(gè)長(zhǎng)木板OA上，OA距離為1m，在A作用一個(gè)始終垂直于OA的力使OA緩慢繞O端沿逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30°，在該過(guò)程中，重物P相對(duì)于木板始終保持靜止[4]。求此過(guò)程上，力F、木板對(duì)物體的摩擦力分別做多少功。在該過(guò)程中，學(xué)生3當(dāng)首先對(duì)物體進(jìn)行受力分析，分析表明重物受到三個(gè)力，即重力，力F、木板對(duì)物體的摩擦力，而且力F、木板對(duì)物體的摩擦力都是變力。重力G做功W1與高度有關(guān)，h=0.5，W1=0.5G，所以為負(fù)功。因?yàn)榱始終垂直于OA，力的方向在發(fā)生變化，大小不變。30°所對(duì)的弧長(zhǎng)是pai/3，pai=3.14力F做功W2=Fpai/3，所以是正功。根據(jù)動(dòng)能定理，動(dòng)能的改變量為0，所以這三個(gè)力做的總功為0，木板對(duì)物體的摩擦力做的功w3=-（w1+w2）。通過(guò)上述兩到問(wèn)題可以得知，熟練地運(yùn)用牛頓第二定律與能量守恒定律能夠幫助學(xué)生完成受力分析，并有效地解答題目，提高了學(xué)生解題的正確性。

2.彈力物理題目分析

四個(gè)完全相同的彈簧都處于水平位置，它們的右端受到大小均為F的拉力作用，而左端的情況則各不相同：（1）彈簧的左端固定在墻上;（2）彈簧的左端受大小也為F的拉力作用;（3）彈簧的左端拴一小物塊，在光滑水平桌面上滑動(dòng)，彈簧的左端拴一小物塊，物塊在粗糙的水平桌面上滑動(dòng).若彈簧的質(zhì)量都可忽略不計(jì)，以L1，L2，L3，L4依次表示四條彈簧的伸長(zhǎng)量，則有（）A.L2>L1B.L4>L3C.L1>L3D.L2=L4，這是一道較為典型的彈力問(wèn)題，教師在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)首先為學(xué)生分析彈簧受力的點(diǎn)與受力的面，題目的正確答案為L(zhǎng)1=L2=L3=L4，面對(duì)這道題目講解的過(guò)程中，教師可以分情況對(duì)題目進(jìn)行分析，情況1：彈簧左右兩端都受到拉力F作用。伸長(zhǎng)量L=F/K，情況2：與1相似，彈簧左右兩端都受到拉力F作用。伸長(zhǎng)量L=F/K，情況3：物塊受到的摩擦力大小為0，F(xiàn)拉著物體以F/m的加速度運(yùn)動(dòng)。彈簧不伸長(zhǎng)，情況4：彈簧的伸長(zhǎng)量最大不超過(guò)F/K。當(dāng)物塊做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，伸長(zhǎng)量最大，否則伸長(zhǎng)量小于F/K，所以L1=L2≥L4>L3。但是在解題過(guò)程中可以忽略掉彈簧的質(zhì)量，所以彈簧兩端收到的都為平衡力，也就是合力將是彈簧產(chǎn)生加速度的原因，ΔF=ma，因?yàn)閙=0，所以ΔF=0，所以?xún)蛇叡囟ㄊ谴笮∠嗟确较蛳喾吹膬蓚€(gè)力，也就是說(shuō)四種情況是一致的，所以答案是L1=L2=L3=L4[4]。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)高中物理力學(xué)模型及解題策略分析可以得知，教師在構(gòu)建物理力學(xué)模型之前需要對(duì)物理學(xué)中力學(xué)的發(fā)展模式與力學(xué)的分類(lèi)進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)過(guò)后為學(xué)生建立起良好的物理學(xué)模型，利用物理學(xué)模型帶領(lǐng)學(xué)生找到物理力學(xué)題目的解題思路，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]唐立勇.高中物理力學(xué)學(xué)習(xí)策略及解題技巧[J].新課程·中學(xué)，2019（9）：76.

[2]趙淑英.高中物理易錯(cuò)點(diǎn)分析與解題策略匯總——以動(dòng)力學(xué)為主[J].才智，2020（14）：202.

[3]華士程.高中物理力學(xué)問(wèn)題解題能力的策略探討[J].新教育時(shí)代電子雜志（教師版），2018（5）：105.

[4]邵嫣然.關(guān)于高中物理力學(xué)解題中整體法的分析策略[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2018（5）：117.

【本文是甘肅省十三五規(guī)劃一般性課題，課題名稱(chēng)：《基于深度學(xué)習(xí)理念的以物理模型群方式培養(yǎng)高階思維在高中物理力學(xué)中的應(yīng)用探究》，課題編號(hào)：GS〔2020〕GHB2275?！?/p>

（作者單位：甘肅省玉門(mén)市第一中學(xué)）