簡(jiǎn)議高中物理力學(xué)問(wèn)題中對(duì)稱性的應(yīng)用研究

楊鐘貞

摘? 要：近年來(lái)，新高考改革與核心素養(yǎng)逐漸推進(jìn)落地，要求學(xué)校擴(kuò)大高中生發(fā)展與選擇道路，深刻認(rèn)識(shí)學(xué)生未來(lái)成長(zhǎng)成才與高中階段文化教育的密切聯(lián)系。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)高中院校選用文理分科教學(xué)模式，理工學(xué)科例如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)與生物主要考察鍛煉學(xué)生的分析理解與思維發(fā)散能力。尤其物理學(xué)科知識(shí)點(diǎn)寬泛，與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系較廣且學(xué)生接觸學(xué)習(xí)較晚，是高中理科教育與學(xué)習(xí)的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。本文選取高中物理的重要組成部分，即力學(xué)問(wèn)題展開(kāi)敘述，主要研究高中物理力學(xué)問(wèn)題中對(duì)稱性思維的應(yīng)用教學(xué)。

關(guān)鍵詞：高中物理;力學(xué);對(duì)稱性;研究應(yīng)用

理工學(xué)科例如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)與生物主要考察、鍛煉學(xué)生的分析理解與思維發(fā)散能力。尤其物理學(xué)科知識(shí)點(diǎn)寬泛，與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系較廣且學(xué)生接觸學(xué)習(xí)較晚，是高中理科教育與學(xué)習(xí)的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。學(xué)好物理十分重要。對(duì)于高中生的最終目標(biāo)即高考成績(jī)來(lái)說(shuō)，物理考試作為理科綜合試卷的重要組成，相較于化學(xué)和生物都有著更高的分?jǐn)?shù)占比。培養(yǎng)高中生應(yīng)用對(duì)稱性思維解決物理問(wèn)題，有利于減少學(xué)生學(xué)習(xí)物理時(shí)一昧記公式、記概念的不當(dāng)學(xué)習(xí)方法，有利于學(xué)生深刻理解物理學(xué)中各種運(yùn)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的解決思路。因此，本文對(duì)高中物理力學(xué)問(wèn)題對(duì)稱性的應(yīng)用與研究十分有必要且有意義。

一、對(duì)稱性思維在高中物理力學(xué)問(wèn)題中的應(yīng)用必要性

物理學(xué)科知識(shí)點(diǎn)寬泛，與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系較廣且學(xué)生接觸學(xué)習(xí)較晚。一直以來(lái)，學(xué)好教好物理學(xué)，都是高中理科教育與學(xué)習(xí)面對(duì)的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。筆者結(jié)合近年來(lái)高中物理教學(xué)經(jīng)歷及與學(xué)生關(guān)于物理學(xué)習(xí)的各種交流發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生不擅長(zhǎng)物理學(xué)習(xí)，未能掌握物理學(xué)習(xí)的正確方法。這部分學(xué)生學(xué)習(xí)物理只是通過(guò)對(duì)物理公式的死記硬背甚至是對(duì)所見(jiàn)題型的印象及記憶來(lái)試圖解決物理問(wèn)題，結(jié)果往往不能如人所愿。高中階段的物理知識(shí)考察有難有易，容易的物理問(wèn)題學(xué)生通過(guò)物理公式的套用及淺層理解就能解決，但對(duì)于一些考察物理公式來(lái)源、物理定律的理解、常見(jiàn)物理問(wèn)題的延伸等題型則被學(xué)生普遍反映“太難，不會(huì)做或總是做錯(cuò)”。實(shí)際上，這種問(wèn)題的產(chǎn)生原因，主要是高中學(xué)生在學(xué)習(xí)物理學(xué)時(shí)缺乏對(duì)稱性思維，這種思維的缺乏不僅是因?yàn)椴糠謱W(xué)生的學(xué)習(xí)模式固化，也與教師教學(xué)缺乏思維誘導(dǎo)式培養(yǎng)有關(guān)。只有真正實(shí)現(xiàn)高中物理教師培養(yǎng)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中運(yùn)用對(duì)稱性思維，提高學(xué)生利用對(duì)稱性思維解決物理問(wèn)題的學(xué)習(xí)意識(shí)，才能真正實(shí)現(xiàn)新高考改革所提倡的提高學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐能力、提高學(xué)生思維廣度等一系列教學(xué)目標(biāo)。高中物理板塊劃分清楚，主要包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、電磁學(xué)、力學(xué)等幾大板塊，對(duì)稱性思維貫串整個(gè)物理學(xué)科，尤其在力學(xué)問(wèn)題的研究中應(yīng)用十分廣泛。

二、對(duì)稱性思維在解決具體高中物理力學(xué)問(wèn)題中的應(yīng)用

1.在拉力比較問(wèn)題中的應(yīng)用

求拉力大小問(wèn)題是高中物理力學(xué)知識(shí)考察中的一個(gè)重要部分，常見(jiàn)題目情景大概是：一個(gè)物體單位作為受力點(diǎn)同時(shí)收兩個(gè)或兩個(gè)以上方向的拉力時(shí)保持受力平衡狀態(tài)，已知其中幾個(gè)拉力的大小或方向，求未知拉力的大小。上述拉力多因繩索拉扯而產(chǎn)生，拉力的方向與繩索重合，求拉力的大小時(shí)卻往往受繩索長(zhǎng)度所誤導(dǎo)從而犯錯(cuò)。對(duì)于此類問(wèn)題，應(yīng)用對(duì)稱性思維，將重點(diǎn)放在受力平衡上，將受力中心受力進(jìn)行分解，從相對(duì)方向的受力著手，通過(guò)相對(duì)方向受力對(duì)稱相等的思路解決求解力的大小，能夠有效提高做題效率與準(zhǔn)確率。

2. 在理想化拋體運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

高中物理常常考察的拋體運(yùn)動(dòng)常為理想化拋體運(yùn)動(dòng)，即假設(shè)被拋出物體（例如小球）為受力點(diǎn)，在向上拋出和向下落地的過(guò)程中都只受重力影響。這類問(wèn)題往往還涉及到運(yùn)動(dòng)學(xué)，但利用力學(xué)對(duì)稱性思維解答這類問(wèn)題往往更為簡(jiǎn)便。以最簡(jiǎn)單的拋體運(yùn)動(dòng)為例，小球向上拋出時(shí)只受重力影響，重力大小恒定且方向豎直向下，因此小球做拋物線運(yùn)動(dòng)且上拋和下落運(yùn)動(dòng)軌跡完全對(duì)稱，通過(guò)對(duì)稱性思維推出拋上和下落的時(shí)間關(guān)系及拋物線軌跡上各點(diǎn)的速度與加速度的大小和方向，有利于學(xué)生對(duì)拋體運(yùn)動(dòng)題理解得更加深刻透徹，從而解決更為復(fù)雜的拋體運(yùn)動(dòng)型問(wèn)題。

3. 在碰撞問(wèn)題中的應(yīng)用

高中物理問(wèn)題中研究的碰撞問(wèn)題往往可以理想化為兩粒子的碰撞，題型往往是碰撞之前兩粒子的運(yùn)動(dòng)方向與速度相同或不相同，求解碰撞后其中一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)方向與速度變化。這類碰撞問(wèn)題同時(shí)涉及到運(yùn)動(dòng)、力學(xué)及能量轉(zhuǎn)化問(wèn)題，對(duì)稱性思維的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：一是兩粒子碰撞時(shí)以接觸點(diǎn)為受力中心，分別受到了大小相等、方向相反的對(duì)稱性作用力，即相互作用力;二是能量轉(zhuǎn)變的對(duì)稱性，一個(gè)粒子失去的能量與另一個(gè)粒子獲得的能量對(duì)稱。對(duì)稱性思維為這類問(wèn)題提供了解決切入口，進(jìn)而再根據(jù)題目具體所給的條件，利用牛頓定律及能量守恒定律解決問(wèn)題，有利于提高解題效率。

三、結(jié)束語(yǔ)

力學(xué)知識(shí)作為高中物理知識(shí)的重要構(gòu)成部分，在其相關(guān)問(wèn)題的應(yīng)用解決上，高中物理教師讓學(xué)生利用對(duì)稱性思維解決物理問(wèn)題，有效提高學(xué)生解決物理問(wèn)題的正確率，真正實(shí)現(xiàn)新高考改革所提倡的提高學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐能力、提高學(xué)生思維廣度等一系列教學(xué)目標(biāo)。

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