司潤明

對稱性是物理研究分析的一種典型方法，最初是一個(gè)幾何概念，具體是指系統(tǒng)能夠在某些變換下保持狀態(tài)等價(jià)性質(zhì)，在現(xiàn)代物理學(xué)研究中應(yīng)用越來越廣泛.同樣，中學(xué)力學(xué)問題的求解過程也需要對稱性來輔助.通過練習(xí)在物理力學(xué)問題解答過程中應(yīng)用對稱性技巧，能夠使中學(xué)物理力學(xué)難題變得簡單易懂，可幫助學(xué)生更好地解決高中物理力學(xué)問題，提高學(xué)生的解題速度和效率.

一、“對稱性”在中學(xué)物理力學(xué)問題中應(yīng)用的重要性

高中物理課程是一門重要的基礎(chǔ)課程，在物理教學(xué)中，力學(xué)問題是物理學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)課題，也是物理學(xué)習(xí)中的難點(diǎn).在物理考試中力學(xué)問題的所占比例非常大，并且難題也多從力學(xué)的角度出題.因此學(xué)生想要取得理想的物理成績就需要掌握正確的解決問題的方法，提高解決物理問題的效率，從而提高物理力學(xué)問題解答水平.物理問題具有多樣性，解答物理問題的方式也有很多，而對稱性的應(yīng)用就是解決物理問題的一種有效的方式.學(xué)生在解決物理問題時(shí)，能夠適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用對稱性，可以有效降低物理問題的難度，并且當(dāng)學(xué)生在使用對稱性進(jìn)行問題解決時(shí)，能夠?qū)鉀Q問題的方法的可行性及有效性進(jìn)行獨(dú)立的思考，這使學(xué)生的思維能力得到有效提高，也會激發(fā)中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.

二、“對稱性”在物理力學(xué)問題中的應(yīng)用

1.利用“對稱性”解決質(zhì)量分布不均的問題.高中物理力學(xué)問題中，常出現(xiàn)質(zhì)量分布不均勻的物體，或受到外力不均勻的問題.解決這類問題的時(shí)候需要滿足物理受到外力或者是對稱的條件，如果沒有達(dá)到這樣的條件就會出現(xiàn)物體質(zhì)量分布不均衡的情況，另外在解決問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到物體的形狀是否對稱，以及物體的質(zhì)量分布是否均勻，從而準(zhǔn)確地尋找物體的重心位置，當(dāng)物體形狀對稱，且質(zhì)量分布均勻時(shí)，那么物體的重心就是幾何中心.但如果物體的外形不對稱，那么學(xué)生在解決該類問題時(shí)，需要借助互補(bǔ)或者切割的方式，將其轉(zhuǎn)化為對稱性問題，從而進(jìn)行解答.例如，對圓臺的重力問題進(jìn)行解答時(shí)，由于圓臺的重心難以確定，所以這就需要學(xué)生利用對稱性，物理知識與數(shù)學(xué)知識進(jìn)行結(jié)合，然后將圓臺分割為形狀規(guī)則的物體，從而進(jìn)行問題的解答.在解決圓臺的重力問題的過程中，如果學(xué)生使用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行解題，會使問題變得更加煩瑣，并且耗費(fèi)大量的解題時(shí)間，且不能保證正確率，但如果利用對稱性進(jìn)行解題，就會使問題變得簡單化.

2.利用“對稱性”處理拋體運(yùn)動的問題.在高中物理教學(xué)過程中拋體運(yùn)動是教學(xué)中的重點(diǎn)之一.拋體運(yùn)動主要分為三種，第一種是垂直上拋運(yùn)動，第二種是垂直下拋運(yùn)動，第三種是斜拋運(yùn)動.但是如果根據(jù)運(yùn)動性質(zhì)進(jìn)行劃分，就可以分為勻變速直線運(yùn)動和勻變速曲線運(yùn)動.在物理力學(xué)問題的解答中，教室就可以引導(dǎo)學(xué)生將拋體問題的整體看作是平拋運(yùn)動，根據(jù)平拋運(yùn)動的規(guī)律進(jìn)行解題.針對電容器的粒子運(yùn)動問題進(jìn)行解答時(shí)，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生將粒子運(yùn)動看作是類平拋運(yùn)動，然后利用平拋運(yùn)動的規(guī)律進(jìn)行解決，并在解題中應(yīng)用“對稱性”的關(guān)系，將復(fù)雜物理習(xí)題變得簡單化，能夠快速提高學(xué)生的解題效率.

3.利用“對稱性”解決特殊碰撞類的問題.在高中物理學(xué)習(xí)過程中，經(jīng)常會遇到碰撞類的問題，碰撞類問題一般包括彈性碰撞和非彈性碰撞兩種情況.一般情況下，碰撞問題的考查都是選擇兩個(gè)物體所組成的系統(tǒng)，最后應(yīng)用動能定理進(jìn)行解答.但是在碰撞問題中有一類特殊碰撞問題，就是一個(gè)大質(zhì)量的物體與一個(gè)小質(zhì)量的物體發(fā)生碰撞，使小質(zhì)量的物體發(fā)生彈射，在碰撞的過程中就會出現(xiàn)堆成關(guān)系，而通過這種方式來解決特殊碰撞問題，就會簡單得多.在解決特殊的碰撞問題時(shí)，如果按照傳統(tǒng)的公式進(jìn)行解答，不僅會在一定程度上增加解題的難度，更會使得學(xué)生對物理習(xí)題的解答產(chǎn)生厭煩心理，合理運(yùn)用“對稱性”解決物理問題，才能夠有效提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)質(zhì)量.

在高中物理的教學(xué)過程中，物理教師不應(yīng)該僅僅只注重于對學(xué)生傳授課本上的理論知識點(diǎn)，更應(yīng)該注重于學(xué)生解題思路的培養(yǎng)，要引導(dǎo)學(xué)生在不同的物理問題中，使用不同的解題方法，從而提高學(xué)生的物理解題效率及解題質(zhì)量.在各種物理力學(xué)問題的解答過程中正是由于“對稱性”的存在，才使得不同類型的問題能夠通過補(bǔ)充作圖等方式，使原本復(fù)雜的力學(xué)問題變得簡單易懂.在高中物理的教學(xué)過程中，物理教師要積極引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題過程中，積極探索不同的解決問題的方案，提高學(xué)生對物理必學(xué)問題的分析能力及解決能力，從而有效提高物理教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量.