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浅谈“对称性”在高中物理力学问题中的应用

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  摘要:高中物理较初中更加抽象,更加复杂,高中生学习物理会有不小的压力。同时,物理教学作为高中教学中的重要的组成部分,在学生的综合学习成绩中占有重要的地位。因此,学生必须要灵活运用物理知识,培养正确的学习方法和学习习惯,才能在高中物理的学习中得心应手,获得优异的成绩。力学问题是高中物理教学中重要的组成部分,是无法避免的,而“对称性”是解决高中物理力学问题的重要的方法。本文探讨了“对称性”在高中物理力学问题中的应用,希望对提高高中物理教学水平有所帮助。
  关键词:“对称性”;高中物理;力学问题;应用
  中图分类号:G622       文献标识码:A 文章编号:1003-2177(2019)07-0108-02
  随着新课程改革的不断推进,新的教学方法和教学模式不断被提出,主要目的还是提高教学的质量。“对称性”在高中物理力学问题中有很大的应用价值,对于解决高中物理力学问题有很大的帮助。新时期,高中物理教学要改变传统单一的教学模式,尊重学生主体地位,注重培养学生多种思维能力,促进学生更好的发展。“对称性”不仅可以简化物理题目,降低难度,还可以培养学生灵活的思维能力。
  1“对称性”在高中物理力学问题中的应用
  1.1 对称性在高中物理力学物体质量问题中的合理使用
  在高中物理力学关于物体质量的教学中,经常会遇到“确定物体重心”的问题。如果所要确定重心的物体质量和密度均匀,形状规则,那么物体的重心基本上都可以直接确定为在物体的中心。如归没有“质量、密度均匀,形状规则”这个前提条件的话,就算物体的密度一定,形状不规则或者不对称的物体的重心不可能与物体的几何中心重合。在这种情况下,“对称性”就会成为解决问题的关键方法[1]。
  比如,这样一道题目,将一根质量分布均匀的圆形铁棒一分为二,分成两根长短粗细完全一样的圆形铁棒,求这两个圆形铁棒的重力。想要求圆形铁棒的重力,就必须要确定两根圆形铁棒的重心的位置。学生在这个阶段的知识可能不足以支撑他们找出圆形铁棒的重心。这就要求教師引导学生仔细地反复阅读题干,根据题干要求画出图形,利用“对称性”的原则,切割填补,使所研究的对象变成可以利用“对称性”解决的,在很大的程度上,可以降低题目的难度,提高学生解题的速度和解题的准确性。
  1.2 对称性在高中物理力学特殊碰撞问题中的合理运用
  高中物理力学问题中关于碰撞的解释是两个物体或粒子在极端的时间内发生相互作用。依据物体能量转移的方式,可以将物体或者粒子的碰撞分成弹性碰撞和非弹性碰撞这两种。前者在碰撞前后动能不发生变化,不会发生能量的转换。后者在发生之后,部分的动能会转换成其他能量形式,动能不守恒[2]。
  例如,有一个直角光滑的墙壁, 把一个弹性小球在墙壁x、水平面高度的点上进行操作, 将小球以一定的初速度抛出,小球在与墙壁发生短暂的碰撞后,掉在距离墙壁的水平面点, 根据以上的条件求出小球初始速度是多少?在解答这道题目的时候,学生必须先要将仔细地阅读和分析题目,在审题的过程中,抓住题干中重点的信息。具有弹性的小球与墙壁发生了碰撞,如果我们从小球的实际运行轨迹切入,这道题目就会变得复杂,容易出现错误,解题花费的时间变长。因此,教师可以引导学生利用“对称性”来解决这道特殊碰撞问题。将小球与墙壁的碰撞看作是简单的平抛运动,将小球实际的运行轨迹计算为,根据“对称性”求得对称性运动轨迹为,这就能极大地降低解题的难度,提高解题的速度和准确率。
  1.3 对称性在高中物理力学抛体运动问题的合理使用
  高中物理中的抛体运动是指将一个物体向上抛出,只考虑抛出过程中物体重力的因素,其他的物体运动的因素忽略不计。抛体运动可以分为竖直上抛运动等三大类型, 竖直上抛运动过程中,被抛出的物体运动轨迹会呈现出较强的对称性,如竖直上抛运动中, 物体初始速度与落地速度是相同的,同时,物体上抛和下降所花费的时间也是相同的[3]。在解决高中物理力学问题中的抛体运动问题的时候,学生学习起来会比较困难,教师要教给学生运用“对称性”来解决问题,不仅可以降低题目的难度,还能够培养学生灵活的阶梯思路和解决方法。
  例如,在理想条件下,将一个蓝色小球以的速度竖直上抛,小球在竖直上抛的过程中收到的空气阻力等因素可以忽略不计,求出蓝色小球运动到最高点需要花费的时间。学生要打破固有的解题思路,跳出思维定式。列方程式虽然也能解出题目,但是解题的步骤繁琐,容易出错。利用“对称性”就可以很好地降低题目的难度。
  2 结语
  在高中物理的教学中,学生解决物理题目的时候,需要打破思维定式,培养灵活的思维模式。“对称性”在解决高中物理力学问题时是非常有效的,简化题目,降低难度,能够提高解题的速度和解题的准确率。“对称性”在高中物理的教学中具有十分重要的地位,需要教师不断加强学生对“对称性”这一解题方法的训练和应用。
  参考文献
  [1]赵炳睿.高中物理力学问题中对称性的应用研究[J].中国校外教育,2019(04):71+74.
  [2]宋一鸣.探析“对称性”在高中物理力学问题中的效用[J].农家参谋,2017(16):67.
  [3]高琛泽.如何应用对称性分析高中物理力学问题[J].中国校外教育,2016(34):103.
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